第五讲 一阶自治ODE

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一,一阶自治ODE的形式:\tfrac{dy}{dt}=f(y),这种方程用分离变量就可以解,但有时求解非常繁琐;

二,怎么在不解方程的前提下,知道解的性质?可以用几何法做”y-t”图:

三、求\tfrac{dy}{dt}=ry-w的解的性质(方程右边是一次方程):

  1. \tfrac{dy_{0}}{dt}=f(y_{0})=0时,y_{0}点为临界点;
  2. 根据上式ry_{0}-w=0\Rightarrow y_{0}=w/r,做“\tfrac{dy}{dt}-y”图和“y-t”图:   
  3. y> y_{0}时,\tfrac{dy}{dt}> 0递增,箭头朝正方向;当y< y_{0}时,dy/dt< 0递减,箭头朝负方向;
  4. 在”y-t”图上画出解曲线\tfrac{dy}{dt}:                                       
  5. 这个公式的现实意义:当y表示存款,r表示利率,w表示取出率时,w会影响临界点,当存款低于临界点时,会逐渐变为0。

四,求逻辑斯蒂方程\tfrac{dy}{dt}=ay-by^{2}的解的性质(方程右边是二次方程):

  1. \tfrac{dy_{0}}{dt}=f(y_{0})=0时,y_{0}点为临界点;
  2. 根据上式ay_{0}-by^{2}_{0}=0\Rightarrow y_{0}(a-by_{0})=0\Rightarrow y_{0}=\left \{ 0,\frac{a}{b} \right \},做和“\tfrac{dy}{dt}-y”图和“y-t”图:
  3. 0< y< \frac{a}{b}时,\tfrac{dy}{dt}> 0递增,箭头朝正方向;当y< 0y> \frac{a}{b}时,dy/dt< 0递减,箭头朝负方向;
  4. 在”y-t”图上画出解曲线\tfrac{dy}{dt}:                                               
  5. 稳定解(稳定临界点):随着时间增长,所有的解都趋近它;
  6. 非稳定解(非稳定临界点):随着时间增长,所有的解都远离它;
  7. 半稳定解(半稳定临界点):随着时间增长,一边的解趋近它,另一边的解远离它,见视频34:00~36:00;

五,求方程\tfrac{dy}{dt}=ay-by^{2}-h的解的性质:

  1. 方程右边-h的目的:将逻辑斯蒂函数向下偏移h,使二次函数的顶点和y轴重合;现实意义是,当收割率为h的时候,产量y不会下降为0,如图。                                                   
  2. 作图可知临界点y_{0}和收割率h,千万别令方程右侧等于0,然后倒弄二次函数来求y_{0},这样非常繁琐。

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