How to| 用导数建立微分方程
Wolfram 语言中求解微分方程的函数可用于求解多种类别的微分方程,包括常微分方程(ODE)、偏微分方程(PDE)、微分代数方程(DAE)以及边界值问题(BVP)等. 利用导数建立这些方程以在 Wolfram 语言中求解是非常重要的.
对于常微分方程,有多种方式可以表示以 为自变量的函数 对 的导数.
最普通的方法是使用 D:
符号 ' 是 Derivative 的简写符号:
FullForm 表明 ' 与 Derivative 等价:
用 D 建立常微分方程 以求解,并将该方程存为 ode:
使用 TraditionalForm 将常微分方程以数学教科书或期刊中的形式显示:
常微分方程建立好后,可以使用 DSolve 对其进行符号式求解:
解 f[t] 用一个嵌套列表中的规则表示. 关于如何将此解从列表中提出并使用的信息,请参见 How to: 使用规则形式的解.
大多数时候,常微分方程伴随着边界及初始条件. 因此,计算函数在给定变量值时的导数将频繁用到. 这可以用多种方式完成. 此处,使用 作为一个范例.
使用 /.(ReplaceAll 的简写符号)将 代入 . Wolfram 语言首先计算 D,然后执行替换:
这也等价于 Derivative:
使用 DSolve 获得符号解:
另外,您可以将常微分方程用偏微分方程表示,并求解 f[x,t] 而不是 f[t]:
使用 DSolve 获得符号解:
除了使用 DSolve,您可以使用 NDSolve 得到一个数值解,对应于该常微分方程的一个系数相关的 的特定值.
下面的范例给出 时的解. NDSolve 给出的结果是 InterpolatingFunction 对象的形式:
绘制 及 处的图形. 使用 Evaluate 以确保 F 在 Plot 中的正确计算:
更多信息请参见 How to: 绘制 NDSolve 的结果.