第七章 / 7.3
本函数微积分与初值方程
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12 本函数微分法:初始条件从边界项进入
若足够光滑、无内部跳跃,且满足相应可积增长条件,分部积分得
上端为0靠的是足够大的与增长估计;下端留下。再用一次,得到
一般阶为
普通导数公式不能无条件跨过跳跃点。 若在内部有跳跃,分段求导会丢掉跳跃贡献;应分段计算边界项,或把导数按含冲激的广义导数处理。后面的阶跃与冲激会让这个区别更直观。
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13 原书例2:一阶初值问题完整走一遍
题为。设,先变换每一项:
解代数方程:
逐项逆变换,得。最后检查:;。
这个方法自动处理初值,不需要先求通解再定常数。但初值若不是0,绝不能因为流程看起来简洁而漏掉它。
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14 原书例3:二阶初值问题
。代入二阶导数公式:
所以。检查,且。
如果初值变成,左边应是,所以解多出。先把这一行写对,后面的代数就不会把自由响应漏掉。
图 7-5 初值问题经过变换、代数求解、逆变换,再代回检验变换把导数和初值一并代数化,逆变换给出特定初值解。
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15 本函数积分:累积一次,像端除以$p$
记。因为,由微分公式得到
再累积一次就是。这也等于与常数1卷积,后面会统一解释。
例如。不需要先把时间积分算完再变换;识别累积结构能直接省一步。
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16 原书例4:积分方程与RC电路
原式为
右边是的恒定电压,变换为,不是。设:
所以。代回可得;随时间增大电流衰减,积分电荷逐步承担电压。
物理描述保留的用途是帮助检查符号和时间尺度:指数必须衰减,时间常数是。只考运算题时不必深究电路推导,但应知道为什么常数输入变成。