定理已证明
积分因子公式
命题陈述
若 P(x) 与 Q(x) 在某区间上连续,且 μ(x)=e∫P(x)dx,则线性方程 dxdy+P(x)y=Q(x) 的每个解都由 y(x)=μ(x)1(∫μ(x)Q(x)dx+C) 给出。
为什么成立?
这个技巧类似于配方法:给整个方程乘以一个巧妙选取的因子 μ(x),使左边化为单一乘积 μ(x)y(x) 的导数,从而把微分方程变成可以直接积分的东西。
证明思路
令 μ(x)=e∫P(x)dx;由链式法则求导,因指数 ∫P(x)dx 的导数为 P(x),得 μ′(x)=P(x)μ(x)。
将 dxdy+P(x)y=Q(x) 两边乘以 μ(x):得到 μ(x)y′+μ(x)P(x)y=μ(x)Q(x)。
由乘积法则,dxd[μ(x)y(x)]=μ(x)y′(x)+μ′(x)y(x),又 μ′(x)=P(x)μ(x),这恰好等于上式左边 μ(x)y′+μ(x)P(x)y。故方程化为 dxd[μ(x)y(x)]=μ(x)Q(x)。
两边对 x 积分,得 μ(x)y(x)=∫μ(x)Q(x)dx+C(C 为任意常数)。两边除以 μ(x)(它是指数函数,永不为零)得到 y(x)=μ(x)1(∫μ(x)Q(x)dx+C)。