常数变易法的函数简介

[变易理论与高中物理教学的关系]高中课程改革推进近十年以来，物理教学在新的教学理念、教学方式的驱动之下取得了长足的进步，与此同时，我们也注意到，课程改革驱动下的高中物理教学改革步履多少有些蹒跚，这其中的...+阅读

…….（1）

对于这个式子最正常的思路就是“分离变量”（因为之前所学的思想无一不是把变量分离再两边积分）。所以我们的思维就集中在如何将（1）式的和分离上来。先直接分离看一下：

=>； …….（2）

从中看出不可能单独除到左边来，所以是分不了的。这时想想以前解决“齐次方程”时用过的招数。设，即 . 将代入（1）式：

=>； ………（3）

这时u又不能单独除到左边来，所以还是宣告失败。不过，这里还是给了我们一点启示：如果某一项的变量分离不出来，那使该项成为零是比较好的选择。因为这样“变量分离不出”这个矛盾就消失了——整个一项都消失了，还需要分什么呢。比如说，对于（3）式，如果，那么那一项就消失了；再比如说，对于（2）式，如果，那么那一项也消失了。当然这些假设都是不可能的，因为和等于几是你无法干预的。不过我们可以这么想：如果我们巧妙地构造出一个函数，使这一项等于零，那不就万事大吉了。Ok，好戏开场了。

进一步：变量代换法

筒子们可能觉得要构造这么一个函数会很难。但结果会让你跌破眼镜。就是这么符合要求的一个函数。其中和都是关于的函数。这样求对应于的函数关系就转变成分别求对应于的函数关系和对应于的函数关系的问题。你可能觉得把一个函数关系问题变成两个函数关系问题，这简直是脑残的表现——非也，和都非常有用，看到下面就知道了。

让我们看看讲代换代入（1）式会出现什么：

………（4）

如果现在利用分离变量法来求对应于的函数关系，那么就是我们刚刚遇到的没法把单独分离出来的那一项，既然分不出来，那么干脆把这一项变为零好了。怎么变？这是的用处就有了。令，解出v对应x的函数关系，这本身就是一个可以分离变量的微分方程问题，可以将其解出来。

=>； ………（5）

现在解出来了，接下来该处理了，实际上当解出来后就十分好处理了。把（5）式代入（4）式，则这一项便被消掉了。剩下的是

而这也是一个可以分离变量的微分方程。同样可以十分容易地解出来：

=>； ………（6）

现在和都已求出，那么也迎刃而解：

= ………（7）（这里）

这个方法看上去增加了复杂度，实际上却把一个不能直接分离变量的微分方程化成了两个可以直接分离变量的微分方程。这个方法不是没有名字的，它叫“变量代换法”（挺大众的一名字），即用代换了。这时在你脑中不得不油然生出这么一种感觉：想了十一年想出来的法子，还真不是盖的。

再进一步：常数变易法

再进一步观察我们可以看出，求的微分方程（即）其实就是求

当时的齐次方程。所以，我们可以直接先把非齐次方程当作齐次方程来解。即解出的解来。得：

………（8）

注意这里的并非最终答案，从上一环节我们知道这其实是而已。而最终答案是，仅是其中一部分。因此这里的并不是我们要的y，因此还要继续。

把（8）式和上面提到的（7）式比较一下：

………（7）

………（8） (7)式是最终的结论，（8）式是目前我们可以到达的地方。那我们偷下懒好了：把（8）式的那个换成，再把这个解出来，不就ok了么。所谓的“常数变易法”就是这么来的，即把常数硬生生地变成了。接下来的事情就简单多了，和前面是一个思路，把代换代入（1）式，由于是一个可以令那个分离不出变量的项被消掉的特解，因此即可知一定会解得。从中解出，再带回便可得到最终答案。