常微分方程(Ordinary Differential Equation,ODE,MSC34)是研究未知函数及其导数之间关系的方程。常微分方程的“常”字,意味着该方程中只涉及一个自变量(与偏微分方程不同,后者涉及多个自变量)。它描述的是一个或多个未知函数相对于一个独立变量(通常为时间或空间)及其导数之间的关系。
常微分方程是数学、物理、工程、生物学等领域中非常重要的工具,广泛应用于描述动态系统的变化规律,如物体运动、电路分析、人口增长、药物在体内的传播等问题。
常微分方程的分类包括:
按阶数:一阶、二阶及更高阶。 按线性:线性(未知函数及导数仅一次)与非线性(存在乘积或非线性项)。 按解的存在性:可解(具有解析解)与不可解(需数值解)。
常见的求解方法有分离变量法、积分因子法、拉普拉斯变换法和数值方法。
常微分方程的历史起源于17世纪,牛顿和莱布尼茨的微积分理论为其提供了基础。18世纪,欧拉、拉格朗日等数学家深入研究并将其应用于物理学问题。19世纪,柯西、黎曼等数学家进一步发展了解的存在性和稳定性理论。进入20世纪,随着计算机技术的进步,数值解法成为常微分方程研究的重要方向,推动了它在各个领域的广泛应用。