[ 常微分方程 ] 01 ODE积分曲线和方向场可视化(Python)

​今天老师布置了个一阶线性微分方程的python可视化作业,由于作者本人水平有限(爆哭),之后再把非线性和高阶微分方程学会了再一并补充进来。

文章目录

  • 一阶微分方程
    • 一阶线性微分方程
      • 基本概念
        • 积分曲线:
        • 方向场图:
        • 等倾斜线图:
      • 例子1: d y d x = x 2 − y \frac{dy}{dx}=x^2-y dxdy=x2y
      • 例子2: d y d x = x − y \frac{dy}{dx}=x-y dxdy=xy

一阶微分方程

一阶线性微分方程

基本概念

对于一阶微分方程,方程内只存在一阶导,常见的是如下形式:
d y d x = f ( x , y ) \frac{dy}{dx}=f(x,y) dxdy=f(x,y)

积分曲线:

该方程的解会得到一个 y y y关于 x x x的函数(无论是显式还是隐式的),构成一条曲线即为积分曲线。

方向场图:

同时,我们将上述方程的右边 f ( x , y ) f(x,y) f(x,y) 的大小作为斜率绘制在各个点处(即各个点箭头的方向斜率即为 f ( x , y ) f(x,y) f(x,y)的值),得到方向场图。

等倾斜线图:

之后,我们将各个箭头方向一致的点连接起来,构成等斜线图,方程 d y d x = f ( x , y ) \frac{dy}{dx}=f(x,y) dxd

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