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Patterns · 共 23 式

🧩 解题范式库

固定某一类题型的解题方法:识别特征 → 固定套路 → 易错点 → 经验

08第8讲 不定积分

讲义 P4
讲义 P4
解题范式 PATTERN

范式:凑微分十式

识别特征 被积函数是“外函数 × 内函数的导数”结构(缺个常数倍没关系,配凑补上)。

固定套路
  1. 盯住复合部分(内层函数 u=g(x)u=g(x))
  2. 检查剩余因子是否恰为 g′(x) dxg'(x)\,dx(可配常数)
  3. 凑成 ∫f(u) du\int f(u)\,du,套基本公式
  4. 回代 u=g(x)u=g(x),别忘 +C+C

易错点 配凑常数时积分号外要补倒数,如 ∫xf(x2)dx=12∫f(x2)d(x2)\int xf(x^2)dx=\frac12\int f(x^2)d(x^2),漏掉 12\frac12 是最常见错误。

经验 凑微分是“读”出来的:先猜内层,再验导数。

讲义 P5
讲义 P5
解题范式 PATTERN

范式:三角代换三选一

识别特征 被积函数含 a2−x2\sqrt{a^2-x^2}、a2+x2\sqrt{a^2+x^2}、x2−a2\sqrt{x^2-a^2} 之一。

固定套路
  1. a2−x2→x=asin⁡t\sqrt{a^2-x^2}\to x=a\sin t(或 acos⁡ta\cos t);a2+x2→x=atan⁡t\sqrt{a^2+x^2}\to x=a\tan t;x2−a2→x=asec⁡t\sqrt{x^2-a^2}\to x=a\sec t
  2. 代入化简,根号立即消失(化为一角函数)
  3. 对 t 积分
  4. 画直角三角形回代,把 t 的三角函数换回 x

易错点 回代时忘画三角形、把 sec⁡t\sec t 直接写成 xa\frac{x}{a} 以外的式子;忽略定义域(如 ∣x∣>∣a∣|x|>|a|)导致丢绝对值。

经验 根号里是平方和差 → 三角代换;和用 tan,差看位置:被减用 sin,减人用 sec。

讲义 P5
讲义 P5
解题范式 PATTERN

范式:分部积分表格法

识别特征 多项式 ×(三角/指数),或指数 × 三角的乘积积分。

固定套路
  1. 上排写易导的一方,逐次求导到 0(多项式)
  2. 下排写另一方,逐次积分
  3. 斜线配对,符号 +−+− 交替相加
  4. 若出现与原积分同型的项(如 ∫excos⁡2x dx\int e^x\cos2x\,dx),移项除以系数

易错点 ① 符号交替写错;② 循环型忘移项;③ 表格法是分部积分的压缩写法,本质仍是 ∫u dv=uv−∫v du\int u\,dv=uv-\int v\,du,uu 选错表格会无限拉长。

经验 上导下积,正负交替;多项式求导到 0 为止,循环型移项收尾。

讲义 P6
讲义 P6
解题范式 PATTERN

范式:部分分式拆分

识别特征 真分式(分子次数 < 分母次数)的有理函数积分。

固定套路
  1. 分母在实数域内因式分解到底(一次因式 + 不可约二次因式)
  2. 按四条规则设出最简分式之和(重因式要写全各次幂)
  3. 通分,分子恒等,用特值法(优先)或比较系数法解出待定系数
  4. 逐项积分:一次项出 ln⁡\ln,重幂项出幂函数,二次项凑 arctan⁡\arctan/配方

易错点 ① 重因式少写项;② 假分式没先多项式除法化真分式;③ 特值法后代入值算错符号。

经验 先分解、再设项、后定参——特值法永远比展开快。

09第9讲 定积分与反常积分

讲义 P12
讲义 P12
解题范式 PATTERN

范式:华里士公式点火口诀

识别特征 ∫0π2sin⁡nx dx\int_0^{\frac{\pi}{2}}\sin^nx\,dx 或 cos⁡nx\cos^nx(及其 ∫0π\int_0^\pi、∫02π\int_0^{2\pi} 推广)的幂次三角积分。

固定套路
  1. 先看 nn 的奇偶
  2. 点火:从 n−1n\frac{n-1}{n} 起分子分母隔项递减写分数链
  3. nn 为正偶数落到 12⋅π2\frac12\cdot\frac{\pi}{2},nn 为大于 1 的奇数落到 23⋅1\frac23\cdot1
  4. 推广:∫0πsin⁡nx dx=2In\int_0^\pi\sin^nx\,dx=2I_n;∫02π\int_0^{2\pi} 偶数倍为 4In4I_n、奇次为 00(cos⁡\cos 在 [0,π][0,\pi] 奇次亦为 00)

易错点 ① 偶数链忘乘 π2\frac{\pi}{2};② cos⁡nx\cos^nx 在 [0,π][0,\pi] 上奇次为 00,误套 2In2I_n;③ 积分区间不是 [0,π2][0,\frac{\pi}{2}] 时直接代公式(应先换元或拆区间)。

经验 偶落 π2\frac{\pi}{2} 奇落 11,点火倒数一撸到底。

讲义 P12
讲义 P12
解题范式 PATTERN

范式:对称区间与区间再现

识别特征 积分区间关于原点对称([−a,a][-a,a]),或被积函数可拆出奇、偶部分;非对称区间但被积函数直接算不动。

固定套路
  1. 对称区间:把被积函数拆成奇部 + 偶部
  2. 奇部直接归 0,偶部 = 2 × 半区间积分
  3. 非对称区间:试区间再现 x→a+b−xx\to a+b-x,与原式相加折半
  4. 含 a2−x2\sqrt{a^2-x^2} 型别忘了几何意义(圆面积)

易错点 ① 整个被积函数不奇不偶就放弃——其实总能拆出奇部 f(x)−f(−x)2\frac{f(x)-f(-x)}{2} 与偶部 f(x)+f(−x)2\frac{f(x)+f(-x)}{2};② 区间再现后忘折半;③ 把 ∫−aa\int_{-a}^a 的结论套到非对称区间。

经验 对称区间先查奇偶,奇零偶倍;算不动就区间再现。

讲义 P14
讲义 P14
解题范式 PATTERN

范式:变限积分求导三招

识别特征 求含变限积分的函数的导数:F(x)=∫φ(x)ψ(x)f(t) dtF(x)=\int_{\varphi(x)}^{\psi(x)}f(t)\,dt 型,或被积函数里混有 xx。

固定套路
  1. 基本型:上限代入 × 上限导 − 下限代入 × 下限导
  2. 被积函数含 xx(如 ∫0x(x−t)f(t) dt\int_0^x(x-t)f(t)\,dt):先把 xx 提出积分号或拆项,再用乘法法则
  3. xx 藏在内层(如 ∫0xcos⁡(x−t)2 dt\int_0^x\cos(x-t)^2\,dt):先换元 u=x−tu=x-t,把 xx 请到积分限上再求导

易错点 ① 对含 xx 的被积函数直接套公式,漏掉乘法法则的项;② 下限忘乘 φ′(x)\varphi'(x) 或忘变号;③ 换元后忘同步换积分限。

经验 变限求导三句话:代入乘导、提出再导、换元再导。

讲义 P15
讲义 P15
解题范式 PATTERN

范式:反常积分判敛流程

识别特征 无穷限积分或含瑕点的积分,要求判敛或定参数。

固定套路
  1. 找出所有「坏点」:无穷限 ±∞\pm\infty 与每个瑕点,逐点拆成单边反常积分
  2. 在每个坏点处给被积函数找等价/比阶对象 1xp\dfrac{1}{x^p}(或 1(x−a)p\dfrac{1}{(x-a)^p})
  3. 套 p 积分结论:无穷限 p>1p>1 收敛;瑕点 p<1p<1 收敛;λ≠0\lambda\neq0 同敛散
  4. 所有坏点都收敛才收敛;计算型先按常规定积分算,再对积分限取极限

易错点 ① 区间内部的瑕点漏拆(如 ∫−11dxx\int_{-1}^1\frac{dx}{x} 绝不能直接牛顿-莱布尼兹);② 比较判别法忘验证非负;③ λ=0\lambda=0 / +∞+\infty 两种单向结论的方向记反。

经验 先找坏点,再比 p 阶,逐点过关。

10第10讲 一元函数积分学的应用-几何应用(微元法)

讲义 P23
讲义 P23
解题范式 PATTERN

范式:面积问题先定界再积分

识别特征 求两条(或多条)曲线围成的平面图形面积。

固定套路
  1. 画出大致图形,标出每条边界曲线
  2. 联立方程求全部交点(交点的横坐标往往就是积分分段点)
  3. 逐段判断谁在上、谁在下(极坐标则谁在外、谁在内),写成 ∫(上−下) dx\int(\text{上}-\text{下})\,dx
  4. 逐段积分后相加;公式带绝对值时按交点拆开去绝对值

易错点 ① 漏求交点导致上下限写错;② 曲线在区间内交叉时没有分段,直接 ∫ab(f−g) dx\int_a^b(f-g)\,dx 会正负抵消;③ 极坐标面积公式漏掉系数 12\dfrac12。

经验 面积题 80% 的工作量在“定界”:交点求对、上下判对,积分只是收尾。

讲义 P23
讲义 P23
解题范式 PATTERN

范式:微元法四步套路

识别特征 凡是用定积分求几何量(面积、体积、弧长、侧面积、平均值)的应用题。

固定套路
  1. 选积分变量(xx、yy 或 θ\theta),画出大致图形
  2. 取代表性微元:[x,x+dx][x,x+dx] 上的小条、小环、小段弧
  3. 写出微元表达式(如 dA=(上−下)dxdA=(\text{上}-\text{下})dx,dV=πf2dxdV=\pi f^2dx,ds=1+f′2dxds=\sqrt{1+f'^2}dx),近似中扔掉高阶无穷小
  4. 定上、下限,对微元积分求和

易错点 ① 微元近似用错(如把弧长微元写成 dxdx 而非 dx2+dy2\sqrt{dx^2+dy^2});② 上下限与积分变量不匹配;③ 忘记旋转轴变了微元半径也要跟着变。

经验 微元法的灵魂:局部“以直代曲、以不变代变”,把几何量写成某个微元的积分。

讲义 P23
讲义 P23
解题范式 PATTERN

范式:圆盘/垫圈法 vs 柱壳法怎么选

识别特征 求平面区域绕坐标轴(或平行于坐标轴的直线)旋转的体积。

固定套路
  1. 切片方向 ⊥ 旋转轴 → 圆盘/垫圈法:V=π∫(R2−r2) d(轴坐标)V=\pi\int(R^2-r^2)\,d(\text{轴坐标}),需要把边界表示成轴坐标的函数
  2. 切片方向 ∥ 旋转轴 → 柱壳法:V=2π∫(半径)(高) dxV=2\pi\int(\text{半径})(\text{高})\,dx,不用反解函数
  3. 看被积表达式哪个好积:绕 x 轴且 y=f(x) 好写 → 圆盘;绕 y 轴且 y=f(x) 好写(不想解出 x) → 柱壳
  4. 绕非坐标轴直线(如 x=1)时,半径改为“到该直线的距离”,其余照搬

易错点 ① 垫圈法写成 π∫(R−r)2dx\pi\int(R-r)^2dx(正确是 π∫(R2−r2)dx\pi\int(R^2-r^2)dx);② 柱壳半径写错:绕 x=1x=1 旋转时半径是 ∣1−x∣|1-x| 不是 xx;③ 两种方法积分变量不同,上下限跟着变量走。

经验 垂直轴切片出圆盘,平行轴切片出柱壳;少反解、被积函数简单者优先。

11第11讲 多元函数微分学

讲义 P28
讲义 P28
解题范式 PATTERN

范式:二元函数极限——否定用路径,肯定用夹逼

识别特征 求 lim⁡(x,y)→(x0,y0)f(x,y)\lim\limits_{(x,y)\to(x_0,y_0)}f(x,y),多为分子分母齐次程度相近的分式。

固定套路
  1. 先沿 y=kxy=kx 代入试探:化简结果若仍含 kk,说明极限值随路径而变
  2. 含 kk → 极限不存在,举两条路径(如 y=0y=0 与 y=xy=x)给出不同值即可
  3. 不含 kk 也不能直接下结论,用 ∣xy∣≤x2+y22|xy|\le\dfrac{x^2+y^2}{2} 等不等式放缩,配夹逼准则证明
  4. 含 ex2+y2e^{x^2+y^2}、1−(x2+y2)3\sqrt[3]{1-(x^2+y^2)} 等结构时,先换元 r=x2+y2→0+r=x^2+y^2\to0^+,化为一元极限

易错点 沿一切直线路径极限相同仍不能保证极限存在(可能沿抛物线 y=x2y=x^2 不同);反之,否定极限只需两条路径值不同。换元 r=x2+y2r=x^2+y^2 只在该二元表达式真是 rr 的一元函数时合法。

经验 否定用路径(两条就够),肯定用夹逼(放缩到 ρ→0\rho\to0)。

讲义 P32
讲义 P32
解题范式 PATTERN

范式:链式法则求偏导操作规范

识别特征 z=f(u,v)z=f(u,v),而 u,vu,v 又是 x,yx,y(或 tt)的函数;抽象复合如 f(xy,yx)f(x^y,y^x)、f(x+y,x−y)f(x+y,x-y)。

固定套路
  1. 画变量关系图:z→u,v→x,yz\to u,v\to x,y,理清谁是中间变量、谁是自变量
  2. 对某自变量求偏导:每一条从 zz 通往该自变量的路径贡献一项
  3. 项 = 沿路径各段导(偏导)数的乘积,全部路径的项相加
  4. 抽象函数用 f1′,f2′f_1',f_2' 记对第一、二个中间变量的偏导;求二阶偏导时 f1′,f2′f_1',f_2' 仍是以 u,vu,v 为中间变量的复合函数,必须再乘链式因子

易错点 ① 二阶求导时把 f1′,f2′f_1',f_2' 当成只是 u,vu,v 的函数而漏乘 ∂u∂x\dfrac{\partial u}{\partial x} 等因子;② 幂指型中间变量(如 xyx^y)忘用指数求导法则 ∂∂xxy=yxy−1\dfrac{\partial}{\partial x}x^y=yx^{y-1}、∂∂xyx=yxln⁡y\dfrac{\partial}{\partial x}y^x=y^x\ln y;③ 路径漏数,项数少于关系图分支数。

经验 一线一项,项项相乘,路路相加;f1′,f2′f_1',f_2' 的复合结构与 ff 相同。

讲义 P32
讲义 P32
解题范式 PATTERN

范式:隐函数求导——公式法 vs 直接法

识别特征 方程 F(x,y,z)=0F(x,y,z)=0 确定 z=z(x,y)z=z(x,y) 求偏导/全微分;或方程组确定隐函数(仅数一)。

固定套路
  1. 公式法:把方程写成 F(x,y,z)=0F(x,y,z)=0,算 Fx′,Fy′,Fz′F_x',F_y',F_z'(注意此时 x,y,zx,y,z 都是独立自变量,zz 当常数看),则 ∂z∂x=−Fx′Fz′\dfrac{\partial z}{\partial x}=-\dfrac{F_x'}{F_z'}
  2. 直接法:方程两边对 xx 求偏导,把 zz 视为 x,yx,y 的函数逐项链式求导,再解出 ∂z∂x\dfrac{\partial z}{\partial x}
  3. 求全微分优先用一阶全微分形式不变性:方程两边取微分,一次解出 dzdz,两个偏导同时到手
  4. 方程组情形(仅数一):每个方程分别对 xx(或 yy)求偏导,解以各偏导数为未知量的线性方程组

易错点 ① 公式法算 Fx′F_x' 时误把 zz 当 xx 的函数多算一项——两种方法里 zz 的身份正好相反;② 忘验 Fz′≠0F_z'\neq0 的前提;③ 求某点处的值时,先用原方程定出该点的 zz 再代入。

经验 一个方程用公式法最快;求全微分、含抽象函数或方程组时用直接法/微分法。

讲义 P33
讲义 P33
解题范式 PATTERN

范式:无条件极值 → 条件极值 → 闭区域最值固定流程

识别特征 求二元函数的极值、带约束 φ=0\varphi=0 的条件极值、有界闭区域上的最大最小值。

固定套路
  1. 无条件极值:解 fx′=0, fy′=0f_x'=0,\ f_y'=0 得驻点 → 算 A=fxx′′, B=fxy′′, C=fyy′′A=f_{xx}'',\ B=f_{xy}'',\ C=f_{yy}'' → 看 AC−B2AC-B^2:>0>0 取极值(A>0A>0 极小、A<0A<0 极大),<0<0 非极值,=0=0 用定义
  2. 补充检查偏导数不存在的点,用极值定义单独判定
  3. 条件极值:构造拉格朗日函数 F=f+λφF=f+\lambda\varphi(多约束再加 μψ\mu\psi),对所有变量和乘子求偏导并令其为 0,解方程组得可疑点
  4. 闭区域最值:内部可疑点(驻点 + 偏导不存在点)+ 边界可疑点(拉格朗日乘数法或代入消元化一元)→ 比较全部可疑点的函数值,大者最大、小者最小

易错点 ① AC−B2=0AC-B^2=0 时判别法失效,不能下结论;② 解拉格朗日方程组时丢解(两式相减后要分 x=yx=y 与 λ\lambda 取特殊值两类讨论);③ 闭区域边界要整段讨论,不能只看端点;④ 实际问题驻点唯一且最值存在时,驻点即最值点。

经验 驻点 → 判别式 → 边界 → 比大小,一步不能省。

12第12讲 二重积分

讲义 P44
讲义 P44
解题范式 PATTERN

范式:对称性 / 奇偶性简化二重积分

识别特征 积分区域 DD 关于 xx 轴、yy 轴、原点或直线 y=xy=x 对称。

固定套路
  1. 先看 DD 的对称性,再把被积函数按奇偶拆开(ff = 偶部 + 奇部)
  2. 对某变量为奇、且 DD 关于对应轴对称 → 该项积分为 00;为偶 → 化为 22 倍半区域积分
  3. DD 关于 y=xy=x 对称且 f(x,y)+f(y,x)f(x,y)+f(y,x) 简单 → 用轮换对称性 ∬f=12∬[f(x,y)+f(y,x)]\iint f=\frac12\iint[f(x,y)+f(y,x)]
  4. 化简后再选坐标系计算剩余部分

易错点 ① 区域对称但被积函数没有相应奇偶性时硬凑;② D1D_1 取错——“半个部分”必须按对称轴(或原点)切开;③ 普通对称性 4(考查 ff 与其镜像相等/相反)与轮换对称性 5(考查 f(x,y)+f(y,x)f(x,y)+f(y,x) 是否简单)混用。

经验 先对称后计算:奇零偶倍;关于 y=x 对称,用轮换。

讲义 P44
讲义 P44
解题范式 PATTERN

范式:直角坐标 X 型 / Y 型定限套路

识别特征 积分区域由上下两条曲线 y=φ1(x),y=φ2(x)y=\varphi_1(x),y=\varphi_2(x)(或左右两条曲线 x=φ1(y),x=φ2(y)x=\varphi_1(y),x=\varphi_2(y))夹出。

固定套路
  1. 画出区域 D 的草图,求出边界曲线的全部交点
  2. 选型:竖直条带从下往上不穿帮 → X 型(先 yy 后 xx);水平条带从左往右不穿帮 → Y 型(先 xx 后 yy)
  3. 外层写常数限(DD 在坐标轴上的投影区间),内层写曲线限(下 → 上,或左 → 右)
  4. 条带移动过程中边界表达式发生改变 → 分段,写成几个累次积分之和

易错点 ① 外层限必须是常数,内层限可含外层变量——次序写反是最常见错误;② 投影区间忘求交点直接瞎猜;③ 边界换表达式时没分段;④ 内层上限小于下限却没发现。

经验 先画域,后定限;外层常数,内层曲线;穿帮就分段。

讲义 P45
讲义 P45
解题范式 PATTERN

范式:极坐标变换的识别信号

识别特征 积分域是圆、圆环、扇形(含偏心圆 x2+y2≤2axx^2+y^2\leq2ax、x2+y2≤2byx^2+y^2\leq2by),或被积函数含 x2+y2x^2+y^2、yx\dfrac yx、xy\dfrac xy。

固定套路
  1. 令 x=rcos⁡θ, y=rsin⁡θx=r\cos\theta,\ y=r\sin\theta 代入被积函数,面积元素 dσ=r dr dθd\sigma=r\,dr\,d\theta(rr 不能丢)
  2. 把边界曲线改写成极坐标方程:x2+y2=R2→r=Rx^2+y^2=R^2\to r=R;x2+y2=2ax→r=2acos⁡θx^2+y^2=2ax\to r=2a\cos\theta;x2+y2=2by→r=2bsin⁡θx^2+y^2=2by\to r=2b\sin\theta
  3. 定外层 θ\theta 的范围,再定内层 rr 的限(从极点出发的射线穿入、穿出边界)
  4. 先对 r 积分,再对 θ 积分

易错点 ① 漏乘 Jacobian rr;② 偏心圆 x2+y2≤2axx^2+y^2\leq2ax 的 θ\theta 范围是 [−π2,π2]\left[-\frac{\pi}{2},\frac{\pi}{2}\right](不是 [0,π][0,\pi]),x2+y2≤2byx^2+y^2\leq2by 是 [0,π][0,\pi];③ 边界忘化成 r=φ(θ)r=\varphi(\theta) 导致内层限写错。

经验 见圆域、见 x²+y² 就上极坐标;dσ 永远带一个 r。

讲义 P47
讲义 P47
解题范式 PATTERN

范式:何时换序与换序操作流程

识别特征 内层积分“积不出”(被积函数含 sin⁡xx\dfrac{\sin x}{x}、tan⁡xx\dfrac{\tan x}{x}、ex2e^{x^2}、1ln⁡x\dfrac{1}{\ln x} 等无初等原函数的因子),或题目直接要求交换积分次序。

固定套路
  1. 由累次积分的四层限读出区域 D 的不等式描述
  2. 画出 D 的草图(求边界交点)
  3. 改用另一型重新定限(边界换表达式则分段)
  4. 在新次序下计算;若原内层上限小于下限,先处理好符号再换序

易错点 ① 区域还原错误——尤其边界曲线交点没算对;② 换序后边界分两段却写成一段;③ 隐含“上限 < 下限”的负号(如 ∫xy\int_x^{\sqrt{y}} 当 y≤x2y\leq x^2 时)被忽略。

经验 积不出,就换序;换序先画域,还原区域是全部关键。

13第13讲 微分方程

讲义 P52
讲义 P52
解题范式 PATTERN

范式:一阶方程类型判别决策树

识别特征 拿到一个一阶方程,先别急着算——按顺序问五个问题定类型。

固定套路
  1. 能写成 g(y)dy=f(x)dxg(y)dy=f(x)dx?→ 可分离变量,两端积分
  2. 右端只含 yx\frac{y}{x} 的组合?→ 齐次方程,令 u=yxu=\frac{y}{x}
  3. 是 y′+p(x)y=q(x)y'+p(x)y=q(x)?→ 一阶线性,套通解公式(或乘积分因子)
  4. 是 y′+p(x)y=q(x)yny'+p(x)y=q(x)y^n?→ 伯努利(仅数一),令 u=y1−nu=y^{1-n} 化线性
  5. 是 Pdx+Qdy=0Pdx+Qdy=0 且 ∂Q∂x=∂P∂y\frac{\partial Q}{\partial x}=\frac{\partial P}{\partial y}?→ 全微分(仅数一),找原函数 u(x,y)=Cu(x,y)=C

易错点 ① 齐次方程的“齐次”与线性方程的“齐次”是两回事,别混;② 判不出类型时想起 x,yx,y 角色互换的注(把 xx 当未知函数);③ 伯努利、全微分仅数一考,数二数三见到可跳过。

经验 分离 → 齐次 → 线性 → 伯努利 → 全微分,五步筛法定类型,类型定了解法就定了。

讲义 P53
讲义 P53
解题范式 PATTERN

范式:可降阶方程的换元选择(仅数一、数二)

识别特征 二阶方程里 xx、yy、y′y' 三样缺一样,就能降成一阶。

固定套路
  1. 缺 yy(含 x,y′,y′′x,y',y''):令 y′=py'=p,y′′=p′y''=p',化为 pp 关于 xx 的一阶方程
  2. 缺 xx(含 y,y′,y′′y,y',y''):令 y′=py'=p,y′′=pdpdyy''=p\frac{dp}{dy},化为 pp 关于 yy 的一阶方程
  3. 解出一阶方程得 pp,再积一次回 yy
  4. 有初始条件就边做边定常数,别攒到最后

易错点 ① 缺 xx 型把 y′′y'' 错写成 p′p'(应为 pdpdyp\frac{dp}{dy}),这是本类题第一大坑;② 先盯住左端是不是某个乘积的导数(如 yy′′+(y′)2=(yy′)′yy''+(y')^2=(yy')'),能凑导数就不必换元;③ 数三不考此类型。

经验 缺谁换谁:缺 y 对 x 降,缺 x 对 y 降;先凑乘积导数,再套换元。

讲义 P54
讲义 P54
解题范式 PATTERN

范式:二阶常系数齐次方程特征法

识别特征 形如 y′′+py′+qy=0y''+py'+qy=0(p,qp,q 为常数)的齐次线性方程。

固定套路
  1. 写特征方程 r2+pr+q=0r^2+pr+q=0
  2. 求根,按判别式分三类
  3. 套对应通解模板(两异实根 / 重根多乘 x / 复根出三角)
  4. 有初始条件再定 C1,C2C_1,C_2

易错点 ① 复根 α±iβ\alpha\pm i\beta 的模板里是 eαxe^{\alpha x} 乘三角,别把 β\beta 也放进指数;② 重根模板第二项是 C2xer1xC_2xe^{r_1x},漏掉 xx 是最常见错误;③ y′′y'' 缺项时特征方程别写错次数(如 y′′+qy=0y''+qy=0 的特征方程是 r2+q=0r^2+q=0)。

经验 写特征方程 → 求根 → 查三行模板,齐次方程就此终结。

讲义 P55
讲义 P55
解题范式 PATTERN

范式:待定系数法设特解的查表规则

识别特征 二阶常系数非齐次方程,右端是“多项式 × 指数(× 三角)”。

固定套路
  1. 先求特征方程 r2+pr+q=0r^2+pr+q=0 的根
  2. 右端 Pm(x)eλxP_m(x)e^{\lambda x}:设 y∗=xkQm(x)eλxy^*=x^kQ_m(x)e^{\lambda x}
  3. 右端 eαx[Plcos⁡βx+Pnsin⁡βx]e^{\alpha x}[P_l\cos\beta x+P_n\sin\beta x]:设 y∗=xkeαx[Rm(1)cos⁡βx+Rm(2)sin⁡βx]y^*=x^ke^{\alpha x}[R_m^{(1)}\cos\beta x+R_m^{(2)}\sin\beta x],m=max⁡(l,n)m=\max(l,n),且 cos⁡,sin⁡\cos,\sin 两项都要写
  4. kk 按“撞根”定:不撞根 k=0k=0,撞单根 k=1k=1,撞二重根 k=2k=2
  5. 代入比较系数,通解 = 齐次通解 + 特解

易错点 ① 三角型右端即使只出现 cos⁡\cos,特解里 cos⁡,sin⁡\cos,\sin 也必须成对设;② mm 取 l,nl,n 的较大者,多项式要设全(从常数项到 xmx^m);③ 撞根时漏乘 xkx^k 会导致代入后自相矛盾。

经验 右端长什么样,特解就设什么样——再按撞不撞特征根补一个 xkx^k。