微积分(经管类)
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第 七 章
微分方程的定义
微分方程的解
可分离变量法
齐次方程的概念
可化为齐次方程的微分方程求法
y的二阶导等于一个关于x的函数
y的二阶导等于一个关于x和y的一阶导的函数
y的二阶导等于一个关于y和y的一阶导的函数
二阶齐次线性微分方程解的叠加原理
函数的线性相关与线性无关
二阶齐次线性微分方程通解的结构定理
二阶非齐次线性微分方程通解结构定理
二阶非齐次线性微分方程解的叠加原理
非齐次项带复值二阶非齐次线性微分方程解的结构定理
二阶常系数齐次线性方程的解法
n阶常系数齐次线性微分方程的解法
二阶常系数非齐次线性方程的求解问题
右端函数为x的一个M次多项式与指数函数的乘积
右端函数为x的一个M次多项式与指数函数、正弦(余弦)函数的乘积
差分的概念与性质
差分方程的概念
一阶常系数线性齐次差分方程
一阶常系数线性非齐次差分方程
二阶常系数线性齐次差分方程的通解
二阶常系数线性非齐次差分方程的特解
求解一阶线性微分方程
伯努利方程的解法
 
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逻辑斯蒂方程

    逻辑斯蒂方程是一种在许多领域中有着广泛应用的数学模型,下面我们通过树的生长过程的例子来说明该模型的建立过程.

    一棵小树刚栽下去的时候长得比较慢,渐渐地,小树长高了,而且长得越来越快,几年不见,绿荫底下已经可以乘凉了,但长到某一高度后,它的生长速度趋于稳定,然后再慢慢降下来. 这一现象具有普遍性. 现在我们来建立这种现象的数学模型.

    如果假设树的生长速度与它目前的高度成正比,则显然不符合两头尤其是后期的生长情形,因为树不可能越长越快;但如果假设树的生长速度正比于最大高度与目前高度的差,则又明显不符合中间一段的生长过程. 折中一下,我们假定它的生长速度既与目前的高度成正比,又与最大高度和目前高度之差成正比.

    设树生长的最大高度为(m),在(年)时的高度为,则有

                             ,     (1)

其中是比例常数,称此方程为逻辑斯蒂(Logistic)方程. 它是可分离变量的一阶常微分方程.

    下面来求解方程(1). 分离变量得

                      

得     或

故所求通解为

                        

其中的是正常数.

    函数的图像称为Logistic曲线. 如图所示的是一条典型的Logistic曲线,由于它的形状像,一般也称为曲线. 可以看到,它基本符合我们描述的树的生长情形. 另外还可以算得

                 .

这说明树的生长有一个限制,因此也称为限制性增长模式.

    注:Logistic的中文音译名是“逻辑斯蒂”. “逻辑”在字典中的解释是“客观事物发展的规律性”,因此许多现象本质上都符合这种S规律. 除了生物种群的繁殖外,还有信息的传播、新技术的推广、传染病的扩散以及某些商品的销售等. 例如流感的传染,在任其自然发展(例如初期未引起人们注意)的阶段,可以设想它的速度既正比于得病的人数又正比于未传染到的人数. 开始时患病的人少因而传染速度较慢;但随着健康人与患者接触,被传染的人越来越多,传染的速度也越来越快;最后,传染速度自然而然地渐渐降低,因为已经没有多少人可被传染了.

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