如下微分方程的解是怎樣的?

時間 2021-06-19 03:45:26

1樓:白洛貓

先說結論:題主的想法是對的。x(t) 確實不是按照正弦那樣波動,而是單調增加的,或者更準確地說,是單調非減的(有可能在某處或某區域內不增不減)。

一般拿到這個方程,第乙個想法就是直接分離變數來解:將方程中x的部分與dx全部放在等號左邊,t的部分與dt全部放在右邊,得到

接下來對方程左右兩邊積分。因為初始條件題裡已經給了,所以左右兩邊都是定積分。等號右邊積分很顯然就是t。左邊這個積分可以查表,結果是

所以有最後結果就是

這樣解看似沒有任何問題,但是正如題主所說,等號右邊是非負數,因此函式不能是波動的。問題出在定義域和值域上。由於在求解過程中用到了反正弦函式arcsin,這個函式的定義域是[-1, 1],這就是說 x 不會超過1(也就是題主所說),值域是 [-π/2, π/2],這就是說 t 不能超過 π/2

也就是說, 的結果只適用於 t 從 0 到 π/2 的時間內!

那麼 t>π/2 之後會怎樣呢?我們可以考察 t=π/2 這個點,在這個點上函式值 x(t)=1,那麼 ,函式的切線是水平的。再往後,就會發現函式值保持在1不變,導數保持在0不變,函式變成了一條水平線!

所以最後這個方程的解應該是分段的:

0≤t≤π/2 時,

t>π/2 時,

(結束)

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