常微分方程
常微分方程
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更新日期:2025/06/25
开课平台智慧树
开课高校潍坊学院
开课教师代丽美秦国红郝兴文王利香李云艳籍法俊
学科专业理学数学类
开课时间2025/01/21 - 2025/07/20
课程周期26 周
开课状态开课中
每周学时-
课程简介
常微分方程是研究自然科学和社会科学中的事物、物体和现象运动、演化和变化规律的最为基本的数学理论和方法。物理、化学、生物、工程、航空航天、医学、经济和金融领域中的许多原理和规律都可以描述成适当的常微分方程,如牛顿运动定律、万有引力定律、机械能守恒定律、能量守恒定律、人口发展规律、生态种群竞争、疾病传染、遗传基因变异、股票的涨幅趋势、利率的浮动、市场均衡价格的变化等,对这些规律的描述、认识和分析就归结为对相应的常微分方程描述的数学模型的研究。因此,常微分方程的理论和方法不仅广泛应用于自然科学,而且越来越多的应用于社会科学的各个领域。
课程大纲

在线教程

章节简介教学计划
初等积分法
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微分方程和解
微分方程的概念
代丽美
微分方程的解
代丽美
微分方程的初值问题
代丽美
微分方程举例—物体下落问题
代丽美
微分方程举例—传染病模型
代丽美
变量可分离方程
显式变量可分离方程的解法
代丽美
显式变量可分离方程解法举例
代丽美
微分形式变量可分离方程解法
代丽美
变量可分离方程应用举例—特技跳伞
代丽美
齐次方程
可化为变量可分离的方程—齐次方程
代丽美
齐次方程的解法
代丽美
第二类可化为变量可分离的方程的解法
代丽美
第二类可化为变量可分离的方程的解法举例
代丽美
一阶线性微分方程
线性微分方程与常数变易法
代丽美
一阶线性非齐次方程的初值问题
代丽美
伯努利(Bernoulli)方程
代丽美
黎卡提(Riccati)方程
代丽美
全微分方程及积分因子
全微分方程的概念及其通积分
代丽美
原函数的求法
代丽美
原函数求法举例
代丽美
积分因子的概念
代丽美
积分因子的求法
代丽美
积分因子的求法举例
代丽美
一阶隐式微分方程
一阶隐式方程—不显含y(或x)的方程
代丽美
不显含y(或x)的方程举例
代丽美
一阶隐式方程—可以解出y(或x)的方程
代丽美
可以解出y(或x)的方程举例
代丽美
几种可降阶的方程
代丽美
基本定理
常微分方程的几何解释
线素场的概念
郝兴文
欧拉折线与解的存在性定理
郝兴文
解的存在唯一性定理
解的存在唯一性定理的内容
郝兴文
近似函数列的构造
郝兴文
近似函数列的收敛性
郝兴文
解的唯一性的证明
郝兴文
解的存在唯一性定理的应用举例
郝兴文
解的延展
不可延展解的存在性
郝兴文
不可延展解的性质
郝兴文
不可延展解性质的应用
郝兴文
比较原理
郝兴文
奇解和包络
奇解的定义
郝兴文
包络的定义及奇解的求法
郝兴文
奇解的求解举例
郝兴文
解对初值的连续依赖性和解对初值的可微性
解对初值的连续依赖性
郝兴文
解对初值的可微性
郝兴文
一阶线性微分方程组
一阶微分方程组
一阶微分方程组(一)
秦国红
一阶微分方程组(二)
秦国红
一阶线性微分方程组的一般概念
秦国红
一阶线性齐次方程组的一般理论
向量函数组线性相关性的概念
秦国红
向量函数组与向量解组线性相关性的判定
秦国红
一阶线性齐次微分方程组的通解结构
秦国红
刘维尔公式
秦国红
一阶线性非齐次方程组的一般理论
一阶线性非齐次方程组的通解结构
秦国红
常数变易法
秦国红
常系数线性微分方程组的解法
矩阵A的特征根均为单根的情形(一)
秦国红
矩阵A的特征根均为单根的情形(二)
秦国红
矩阵A的特征根均为单根的情形(三)
秦国红
矩阵A的特征根有重根的情形(一)
秦国红
矩阵A的特征根有重根的情形(二)
秦国红
常系数线性非齐次方程组的求解
秦国红
指数矩阵简介
指数矩阵简介(一)
秦国红
指数矩阵简介(二)
秦国红
n阶线性微分方程
n阶线性微分方程的一般理论
n阶线性微分方程的一般概念
王利香
n阶线性齐次微分方程的一般理论
王利香
n阶线性非齐次微分方程的一般理论
王利香
n阶常系数线性齐次方程解法
特征根都是单根的情形
王利香
特征根有复根的情形
王利香
特征根有重根的情形
王利香
n阶常系数线性非齐次方程解法
第一类型非齐次方程特解的待定系数解法
王利香
第二类型非齐次方程特解的待定系数解法
王利香
拉普拉斯变换
拉普拉斯变换的定义和性质
王利香
用拉普拉斯变换求解初值问题
王利香
幂级数解法大意
王利香
定性和稳定性理论简介
稳定性概念
稳定性与渐近稳定性概念
李云艳
例题讲解
李云艳
李雅普诺夫第二方法
李雅普诺夫第二方法 稳定性定理
李云艳
李雅普诺夫第二方法 渐近稳定性定理
李云艳
平面自治系统的基本概念
相平面、相轨线与相图
李云艳
平面自治系统的两个性质
李云艳
常点、奇点与闭轨
李云艳
平面定性理论简介
初等奇点与系数矩阵为标准型的平面线性自治系统
李云艳
系数矩阵为标准型的平面线性自治系统初等奇点附近的轨线分布情形(一)
李云艳
系数矩阵为标准型的平面线性自治系统初等奇点附近的轨线分布情形(二)
李云艳
一般的平面常系数线性系统及平面非线性自治系统初等奇点附近的轨线分布
李云艳
极限环的概念
李云艳
极限环的存在性和不存在性
李云艳
附录
常微分方程发展简史(一)
代丽美
常微分方程发展简史(二)
代丽美
  • 第一章初等积分法

    本章内容讲述了微分方程和解,变量可分离方程及可化为变量可分离的方程,一阶线性微分方程,全微分方程及积分因子,一阶隐式微分方程,可降阶的高阶方程。要求掌握微分方程和解的概念,以及各种方程的基本求解方法。

  • 1.1微分方程和解

    本节内容讲述了常微分方程、微分方程的阶及线性微分方程等相关概念,n 阶微分方程的一般形式, 微分方程的解、通解、特解等相关概念, 微分方程的初值问题,初等积分法的思想。要求掌握常微分方程等的概念,熟练判断常微分方程的阶数,线性及非线性,掌握微分方程的解的概念,会验证微分方程的解,掌握微分方程的初值问题的求解方法,了解初等积分法的思想。

  • 1.2变量可分离方程

    本节内容讲述了变量可分离方程的形式,显式变量可分离方程的解法,分离变量法的基本思想,微分形式变量可分离方程的解法。 要求掌握如何用分离变量法求解微分形式的变量可分离方程,掌握显式变量可分离方程的求解方法。

  • 1.3齐次方程

    本节内容讲述了齐次方程的形式及判断方法,齐次方程的解法,第二类可化为变量可分离方程的形式及其解法。掌握齐次方程的形式及如何判断一个方程是齐次方程,掌握如何作变量代换把齐次方程化为变量可分离方程,如何作变量代换求解第二类可化为变量可分离的方程。

  • 1.4一阶线性微分方程

    本节内容讲述了线性方程的形式及解法,一阶线性非齐次方程初值问题的求解方法,伯努利方程和黎卡提方程的形式及解法。掌握一阶线性方程的形式及一阶线性非齐次方程的解法——常数变易法,掌握一阶线性非齐次方程初值问题的求解方法及应用,掌握如何通过变量代换把伯努利方程转化为线性方程,如何通过变量代换把黎卡提方程转化为伯努利方程,再进一步求解。

  • 1.5全微分方程及积分因子

    本节讲述了全微分方程的形式及原函数的概念,积分因子的概念及与全微分方程的关系,如何求解非恰当微分方程的积分因子。掌握全微分方程的形式及特点,了解求解全微分方程的关键就是求原函数的问题,掌握全微分方程判定的充要条件及原函数的求法,理解求解非恰当方程的关键是求积分因子,掌握积分因子的概念及两种特殊形式积分因子的求法。

  • 1.6一阶隐式微分方程

    本节讲述了“参数法”求解微分方程的思想以及两种隐式方程的解法。掌握如何利用“参数法”求解这两类隐式方程。

  • 1.7几种可降阶的方程

    本节讲述了三类可降阶的高阶方程的解法,掌握如何用降阶法求解高阶方程,对于每种类型的方程,掌握如何作变量代换,如何求解。

  • 第二章基本定理

    本章内容讲述了常微分方程的几何解释、初值问题解的存在唯一性、解的延展、奇解与包络以及解对初值的连续依赖性和解对初值的可微性。要求掌握线素场的含义、应用及欧拉折线,存在唯一性定理与延展定理的证明及应用,奇解存在性的判定与求法,解对初值的连续依赖性定理和可微性定理。

  • 2.1常微分方程的几何解释

    本节内容讲述了线素场、欧拉折线及初值问题的解存在性的佩亚诺定理。要求理解线素场的含义及积分曲线与线素场的关系;知道欧拉折线的求法;理解佩亚诺定理的内容。

  • 2.2解的存在唯一性定理

    本节内容讲述了常微分方程初值问题解的存在唯一性定理。要求掌握存在唯一性定理的内容,熟悉证明定理的步骤、方法,会应用定理判断常微分方程解的存在唯一性。

  • 2.3解的延展

    本节内容讲述了常微分方程初值问题解的延展。要求掌握延展解与不可延展解的含义,不可延展解的存在性以及不可延展解的性质;会验证不可延展解存在的条件、不可延展解的性质的应用。

  • 2.4奇解和包络

    本节内容讲述了奇解和包络的含义,两者之间的关系,方程不存在奇解的判定,奇解的求法。要求掌握奇解和包络的概念,理解它们的联系,会求方程的奇解。

  • 2.5解对初值的连续依赖性和解对初值的可微性

    本节内容讲述了解对初值的连续依赖性的定义,解对初值的连续依赖性定理和解对初值的可微性定理。要求理解解对初值连续依赖性的含义,掌握这些定理的内容和应用。

  • 第三章一阶线性微分方程组

    本章的主要内容是(1) 一阶线性微分方程组的解的存在唯一性定理;(2) 一阶线性齐次微分方程组的通解结构;(3)一阶线性非齐次微分方程组的通解结构;(4) 一阶常系数线性微分方程组的求解方法.要求(1)理解一阶线性微分方程组的有关概念、解的存在唯一性定理及其证明;(2)理解并掌握一阶线性齐次微分方程组解的结构,掌握一阶线性齐次微分方程组的解与系数之间的关系,即刘维尔公式;(3)理解并掌握一阶线性非齐次微分方程组的通解结构,掌握一阶线性非齐次微分方程组的常数变易法;(4)熟练掌握一阶常系数线性微分方程组的解法;(5)理解指数矩阵的概念、指数矩阵的性质及标准基本解矩阵的表示,会求矩阵的指数矩阵.

  • 3.1一阶微分方程组

    本节内容讲述了一阶微分方程组的相关概念及其向量表示、向量范数与矩阵范数的定义及性质、微分方程组解的存在唯一性定理以及高阶微分方程与一阶微分方程组的关系.要求理解一阶微分方程组的相关概念;掌握一阶微分方程组的向量表示; 掌握向量范数与矩阵范数的定义及性质;理解一阶微分方程组解的存在唯一性定理以及掌握高阶微分方程与一阶微分方程组的关系.

  • 3.2一阶线性微分方程组的一般概念

    本节内容讲述了一阶线性微分方程组的相关概念及其表示、一阶线性微分方程组解的存在唯一性定理. 要求理解一阶线性微分方程组的相关概念、向量表示及其解的存在唯一性定理.

  • 3.3一阶线性齐次方程组的一般理论

    本节内容讲述了一阶线性齐次微分方程组解的性质、向量函数组线性相关与线性无关的定义、向量函数组线性相关性的判定、向量解组线性相关性的判定、一阶线性齐次微分方程组的通解结构及刘维尔公式.要求理解一阶线性齐次微分方程组的解的叠加原理及向量函数组线性相关性的概念;理解向量函数组与向量解组线性相关性的判定准则;掌握一阶线性齐次微分方程组的通解结构;掌握一阶线性齐次微分方程组的解与系数之间的关系,即刘维尔公式.

  • 3.4一阶线性非齐次方程组的一般理论

    本节内容讲述了一阶线性非齐次微分方程组的通解结构及一阶线性非齐次微分方程组的常数变易法.要求掌握一阶线性非齐次微分方程组的通解结构;理解并掌握一阶线性非齐次微分方程组的拉格朗日常数变易法.

  • 3.5常系数线性微分方程组的解法

    本节内容讲述了一阶常系数线性齐次微分方程组的解法,分为两种情形:矩阵A的特征根均为单根的情形和矩阵A的特征根有重根的情形;一阶常系数线性非齐次微分方程组的解法.要求掌握矩阵A的特征根均为单根的情形和矩阵A的特征根有重根的情形时一阶常系数线性微分方程组的求解方法;掌握一阶常系数线性非齐次微分方程组的常数变易法.

  • 3.6指数矩阵简介

    本节内容讲述了指数矩阵的概念与性质,标准基本解矩阵的表示及指数矩阵的求法.要求理解指数矩阵的概念、指数矩阵的性质及标准基本解矩阵的表示,会求矩阵的指数矩阵.

  • 第四章n阶线性微分方程

    本章内容讲述了n阶线性微分方程的一般理论及求解方法.要求理解n阶线性的基本定理和通解结构;掌握n阶常系数线性方程的待定系数法,求解非其次方程的待定系数法和常数变异法;知道幂级数求解定理及其应用;能够利用拉普拉斯变换求解常系数方程的初值问题.

  • 4.1n阶线性微分方程的一般理论

    本节主要讲述了n阶线性微分方程的一般理论,分类及通解结构;要求了解n阶常微分方程的一般形式,分类;理解n阶微分方程与一阶微分方程组的关系;了解高阶方程的存在唯一性定理及高阶方程的分类;掌握函数组线性相关(无关)的条件;n阶线性齐次微分方程n个解线性关系与朗斯基行列式之间的关系及n阶微分方程解的结构,通解基本定理和刘维尔公式;掌握n阶线性非齐次微分方程解的性质,通解结构及n阶非齐次常微分方程特解的常数变易法.

  • 4.2n阶常系数线性齐次方程解法

    本节主要介绍了n阶常系数线性齐次方程的待定系数法.要求掌握n阶常系数线性齐次方程的待定指数函数解法及特征根都是单根时方程的通解结构;了解复值函数的定义及相关性质;掌握n阶齐次方程有单复根时方程通解的结构及求法;掌握n阶常系数齐次方程特征根有实(复)重根根的求解方法及通解结构.

  • 4.3n阶常系数线性非齐次方程解法

    本节主要介绍了n阶常系数线性齐次方程的常数变易法和待定系数法.掌握第一类型高阶常系数线性非齐次方程的求解方法;理解叠加原理;掌握第二类型高阶常系数线性非齐次方程的求解方法.

  • 4.4拉普拉斯变换

    本节主要讲述了拉普拉斯变换的定义和性质以及如何利用拉普拉斯变换求解初值问题.要求理解拉普拉斯变换的定义及性质;掌握用拉普拉斯变换求解初值问题.

  • 4.5幂级数解法大意

    本节讲述了幂级数求解定理及其应用.要求掌握幂级数求解方程的方法,理解幂级数解法的基本理论,会利用幂级数解法的基本理论求解方程.

  • 第五章定性和稳定性理论简介

    本章为定性和稳定性理论,其共同的特点是在不求出微分方程解的情况下,直接根据微分方程本身的结构和特点,来研究解的性质。本章内容讲述了李雅普诺夫意义下的稳定性概念,李雅普诺夫第二方法,平面自治系统的基本概念以及平面定性理论简介。要求掌握李雅普诺夫意义下的稳定性与渐近稳定性的基本概念;掌握如何利用李雅普诺夫第二方法去判定系统的稳定性;了解平面自治系统的基本概念;掌握线性系统初等奇点附近的轨线分布情况。

  • 5.1稳定性概念

    本节内容讲述了常微分方程李雅普诺夫意义下的稳定性概念与渐近稳定性概念。要求掌握零解的稳定性以及渐近稳定性的基本概念;了解一般解的稳定性与渐近稳定性的概念;掌握如何利用李雅普诺夫意义下的稳定性定义去证明微分方程解的稳定性、渐近稳定性以及不稳定性。

  • 5.2李雅普诺夫第二方法

    本节内容介绍了李雅普诺夫第二方法。讲述了李雅普诺夫函数、李雅普诺夫第二方法稳定性判定定理、渐近稳定性判定定理以及不稳定性判定定理。要求掌握李雅普诺夫函数的基本概念;掌握如何利用李雅普诺夫第二方法去判定系统的稳定性、渐近稳定性以及不稳定性。

  • 5.3平面自治系统的基本概念

    本节内容讲述了平面自治系统的基本概念以及两个基本性质。要求掌握平面自治系统相平面、相轨线的基本概念;了解相轨线与积分曲线的联系和区别;掌握平面自治系统的两个基本性质:积分曲线的平移不变性和轨线的唯一性;掌握常点、奇点与闭轨的基本概念。

  • 5.4平面定性理论简介

    本节内容讲述了平面线性系统以及平面非线性自治系统的初等奇点附近的轨线分布情况、极限环的概念与稳定性以及极限环的存在性和不存在性。要求掌握系数矩阵为标准型的平面线性系统和一般的平面常系数线性系统的初等奇点附近的轨线分布情形;了解平面非线性自治系统初等奇点附近的轨线分布;掌握极限环的概念以及极限环的稳定性;了解极限环的存在性和不存在性。

  • 第六章附录

    本章简单介绍常微分方程的发展历史,通过学习要求了解常微分方程的发展历史。

  • 6.1常微分方程发展简史(一)

    本节内容讲述了19世纪前的常微分方程发展简史。要求了解19世纪前的常微分方程发展历史。

  • 6.2常微分方程发展简史(二)

    本节内容讲述了19世纪后的常微分方程发展简史。要求了解19世纪后的常微分方程发展历史。

  • 开始学习
  • 第一章  作业测试
    第一章 初等积分法

    1.1 微分方程和解

    1.2 变量可分离方程

    1.3 齐次方程

    1.4 一阶线性微分方程

    1.5 全微分方程及积分因子

    1.6 一阶隐式微分方程

    1.7 几种可降阶的方程

    视频数28
  • 第二章  作业测试
    第二章 基本定理

    2.1 常微分方程的几何解释

    2.2 解的存在唯一性定理

    2.3 解的延展

    2.4 奇解和包络

    2.5 解对初值的连续依赖性和解对初值的可微性

    视频数16
  • 第三章  作业测试
    第三章 一阶线性微分方程组

    3.1 一阶微分方程组

    3.2 一阶线性微分方程组的一般概念

    3.3 一阶线性齐次方程组的一般理论

    3.4 一阶线性非齐次方程组的一般理论

    3.5 常系数线性微分方程组的解法

    3.6 指数矩阵简介

    视频数17
  • 第四章  作业测试
    第四章 n阶线性微分方程

    4.1 n阶线性微分方程的一般理论

    4.2 n阶常系数线性齐次方程解法

    4.3 n阶常系数线性非齐次方程解法

    4.4 拉普拉斯变换

    4.5 幂级数解法大意

    视频数11
  • 第五章  作业测试
    第五章 定性和稳定性理论简介

    5.1 稳定性概念

    5.2 李雅普诺夫第二方法

    5.3 平面自治系统的基本概念

    5.4 平面定性理论简介

    视频数13
  • 第六章  作业测试
    第六章 附录

    6.1 常微分方程发展简史(一)

    6.2 常微分方程发展简史(二)

    视频数2
  • 期末考试