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四、积分方程的求解

小题

  1. 【1991-12-3 分】 若连续函数 满足关系式

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答案:

解析: 在积分中令

,且当 变到 时, 变到 。因此

原积分方程化为

由于 连续,两边对 求导,得

代入原方程,得

微分方程 的通解为

,得 ,所以

将其代回原方程可验证等式成立。


  1. 【1992-4-5 分】 求连续函数 ,使它满足

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答案:

解析: 由于 连续,原式两边对 求导,得

代入原积分方程,有

解一阶线性微分方程

其积分因子为

积分得

分部积分可得

从而

,得

因此

大题

  1. 【1989-123-7 分】 设连续函数 满足

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答案:

解析: 原积分方程为

,得

对等式两边求导。由莱布尼茨公式,

所以

,得

再次求导,得

对应齐次方程

的通解为

由于右端 与齐次解共振,设特解为

计算得

比较,得

所以

,得 ;又

因此

由于原积分方程可经两次求导化为上述初值问题,且初值问题的解唯一,故所得函数即为原积分方程的唯一连续解。


  1. 【1992-5-6 分】 求连续函数 ,使

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答案: ,其中 为任意常数。

解析: 时,在左端积分中令

,从而

因此原方程化为

两边对 求导,得

于是

时,约去 ,得

注意到

故积分得

验证:

所以

另一方面,

两边相等。由于令 时原方程恒成立,不能确定 的具体数值,因此常数 任意。


  1. 【1995-4-6 分】 已知连续函数 满足条件

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答案:

解析: 在积分中令

,积分上限由 变为 ,所以

原方程化为

两边求导,得

代入原方程,得

取积分因子 ,有

积分得

,得

所以


  1. 【1997-3-6 分】 设函数 上连续,且满足方程

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答案:

解析: 二重积分区域为圆域

采用极坐标变换

其中

于是

,从而

原积分方程化为

,得

对上式两边关于 求导,得

这是关于 的一阶线性微分方程。积分因子为

因此

积分得

,得 ,故

将所得结果代回微分方程及初值可验证其成立,因而它就是原积分方程的解。


  1. 【2000-2-8 分】 函数 上可导,,且满足等式

(1)求导数

(2)证明:当 时,成立不等式

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答案: (1)

(2)

解析: 原方程两边乘以 ,得

两边求导,有

整理得

积分得

所以

由原方程在 处成立,且 ,可得

于是 ,从而

这就得到第(1)问。

下面证明第(2)问。

由于当

所以 上单调减少。由 ,得

再令

因此 上单调增加,由

综上,


  1. 【2001-4-6 分】 设函数 内连续,,且对任意 满足

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答案:

解析:

,且原条件可写为

固定 ,对上式两边关于 求导,得

,则

,得

两边关于 求导,得到

因此

积分得

利用 ,得

验证:

于是

故所得函数满足原条件。


  1. 【2007-4-10 分】 设函数 具有连续的一阶导数,且满足

的表达式。

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答案:

解析:,由原方程得

对原方程两边求导。由莱布尼茨公式,

由于

这是一个一阶线性微分方程,其积分因子为

因此

积分,得

,所以

代回原方程可验证该函数满足条件。


  1. 【2011-3-10 分】 设函数 在区间 上具有连续导数,,且满足

其中

。求 的表达式。

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答案:

解析: 先计算等式左端。按照区域 的积分次序,

对内层积分,令 ,则

所以

右端被积函数 无关,而三角形区域 的面积为

因此

原条件化为

两边关于 求导,得

由于 ,可约去 ,得

也就是

积分得

由连续性以及 ,得

所以

因此

将其代回积分关系可验证等式成立。


  1. 【2016-3-10 分】 设函数 连续,且满足

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答案:

解析: 由换元 ,有

则原方程可写成

两边关于 求导。由莱布尼茨公式,

所以

再对上式求导,得到

代入 ,由于 ,可得

方程 的积分因子为 ,故

积分,得

代入 ,有

因此

将其代回原积分方程,两端均为 ,故结果正确。


  1. 【2018-2-10 分】 已知连续函数 满足

(Ⅰ)求

(Ⅱ)若 在区间 上的平均值为 ,求 的值。

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答案: (Ⅰ)

(Ⅱ)

解析: 对第二个积分作换元 ,有

则原方程为

两边关于 求导,得

再求导,得到

中令 ,可得

解初值问题

,得 ,故

这就是第(Ⅰ)问的结果。

第(Ⅱ)问中,区间 的长度为 ,所以平均值为

由题设,

从而