0 引言
在高等数学的教学过程中,经常会遇到一题多解的现象,如果在习题课上,对这类例题进行分析、总结,可以使学生对所学过的知识、方法进行复习,加以巩固,增强学生解题的灵活性,也能提高学生的发散思维能力。本文基于高等数学中比较重要的知识点展开讨论。
1 积分方程的一题多解
积分方程起源于物理问题,是含有对未知函数的积分运算的方程,与微分方程相对应。积分方程作为近代数学的一个重要分支,是研究数学和各种物理问题的一个重要的数学工具。许多数学物理问题需通过积分方程求解。对于积分方程,常用的求解方法就是求导,通过求一阶导数或多阶导数将其转化为微分方程,然后按照相应的微分方程来寻求对应的解答方法。值得注意的是这类方程的定解条件往往隐含在给定的积分方程中,因此需要我们把它挖掘出来,从而使积分方程转
化为一个初发表论文始问题。通过下面的例题进行详细的分析与讨论。
例:已知函数y=f(x)可导,且满足xf(x)=-2x3+2■f(t)dt,求f(x)。
解法一:设F(x)是f(x)的一个原函数,即F′(x)=f(x),则上述方程可化为:
xF′(x)=-2x3+2F(x)|■■即xF′(x)=-2x3+2F(x)-2F(1)且有F′(1)=-2即f(1)=-2
对方程两边求导,F′(x)+xF″(x)=-6x2+2F′(x),因此有f(x)+xf′(x)=-6x2+2f(x),即y′-■y=-6x为一阶线性齐次微分方程。
可令p(x)=-■,Q(x)=-6x.利用公式f(x)=y=e■[?蘩Q(x)e■dx+C]
即得:f(x)=y=e■[?蘩-6xe■dx+C]=-6x2+Cx,
又f(1)=-2,可以求得C=4,所以f(x)=-6x2+4x
解法二:根据题目易知f(1)=-2,对方程两边同时求导,由变上限函数的求导法则可得:
f(x)+xf′(x)=-6x2+2f(x)且f′(1)=-8,再次对方程两边求导,
2f′(x)+xf″(x)=-12x+2f′(x)且f″(x)=-12。
两边积分可得f′(x)=-12x+C1,再次积分f(x)=-6x2+C1x+C2。
由f(1)=-2f′(1)=-8得C1=4C2=0,因此函数f(x)=-6x2+4x
解法三:根据题目易知f(1)=-2,现对方程两边同时求导,由变上限函数的求导法则可得
f(x)+xf′(x)=-6x2+2f(x)且f′(1)=-8,即xy′=-6x2+y,也就是y′=-6x+■。
设u=■,则y=xu,y′=u+xu′带入上述方程即得:
u+xu′=-6x+u,也就是u′=-6,