四、积分方程的求解
小题
- 【1991-12-3 分】 若连续函数 满足关系式
,
求 。
查看答案与解析
答案: 。
解析: 在积分中令
,
则 ,,且当 从 变到 时, 从 变到 。因此
。
原积分方程化为
。
由于 连续,两边对 求导,得
。
令 代入原方程,得
。
微分方程 的通解为
。
由 ,得 ,所以
。
将其代回原方程可验证等式成立。
- 【1992-4-5 分】 求连续函数 ,使它满足
。
查看答案与解析
答案: 。
解析: 由于 连续,原式两边对 求导,得
。
令 代入原积分方程,有
。
解一阶线性微分方程
。
其积分因子为
,
故
。
积分得
。
分部积分可得
,
从而
。
由 ,得
。
因此
。
大题
- 【1989-123-7 分】 设连续函数 满足
求 。
查看答案与解析
解析: 原积分方程为
。
令 ,得
。
对等式两边求导。由莱布尼茨公式,
,
所以
。
令 ,得
。
再次求导,得
,
即
。
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
。
与 比较,得
。
所以
。
由 ,得 ;又
,
故 。
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。
- 【1992-5-6 分】 求连续函数 ,使
。
查看答案与解析
答案: ,其中 为任意常数。
解析: 当 时,在左端积分中令
,
则 ,从而
。
因此原方程化为
。
两边对 求导,得
。
于是
。
当 时,约去 ,得
。
注意到
,
故积分得
。
即
。
验证:
。
而
,
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。
- 【1995-4-6 分】 已知连续函数 满足条件
,
求 。
查看答案与解析
答案: 。
解析: 在积分中令
,
则 ,,积分上限由 变为 ,所以
。
原方程化为
。
两边求导,得
,
即
。
令 代入原方程,得
。
取积分因子 ,有
。
积分得
,
即
。
由 ,得
,
所以 。
故
。
- 【1997-3-6 分】 设函数 在 上连续,且满足方程
,
求 。
查看答案与解析
答案: 。
解析: 二重积分区域为圆域
。
采用极坐标变换
,
其中
。
于是
。
令
,
则 ,,从而
。
原积分方程化为
。
令 ,得
。
对上式两边关于 求导,得
,
即
。
这是关于 的一阶线性微分方程。积分因子为
。
因此
。
积分得
。
由 ,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。
- 【2000-2-8 分】 函数 在 上可导,,且满足等式
。
(1)求导数 ;
(2)证明:当 时,成立不等式
。
查看答案与解析
答案: (1);
(2)。
解析: 原方程两边乘以 ,得
。
两边求导,有
。
整理得
。
令
,
则
,
即
。
积分得
,
所以
。
由原方程在 处成立,且 ,可得
,
故
。
于是 ,从而
。
这就得到第(1)问。
下面证明第(2)问。
由于当 时
,
所以 在 上单调减少。由 ,得
。
再令
。
则
,
且
。
因此 在 上单调增加,由 得
,
即
。
综上,
。
- 【2001-4-6 分】 设函数 在 内连续,,且对任意 满足
。
求 。
查看答案与解析
答案: 。
解析: 令
,
则 ,且原条件可写为
。
固定 ,对上式两边关于 求导,得
。
令 ,则
。
由 ,得
。
两边关于 求导,得到
。
因此
,
即
。
积分得
。
利用 ,得
。
故
。
验证:
。
于是
,
故所得函数满足原条件。
- 【2007-4-10 分】 设函数 具有连续的一阶导数,且满足
,
求 的表达式。
查看答案与解析
答案: 。
解析: 令 ,由原方程得
。
对原方程两边求导。由莱布尼茨公式,
。
由于
,
故
,
即
。
这是一个一阶线性微分方程,其积分因子为
。
因此
。
从 到 积分,得
。
而
,
且 ,所以
。
故
。
代回原方程可验证该函数满足条件。
- 【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。
查看答案与解析
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 与 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
,
即
。
由于 ,可约去 ,得
,
也就是
。
积分得
,
故
。
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。
- 【2016-3-10 分】 设函数 连续,且满足
,
求 。
查看答案与解析
答案: 。
解析: 由换元 ,有
。
令
,
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
,
即
。
令 代入 ,由于 ,可得
。
方程 的积分因子为 ,故
。
从 到 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。
- 【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
。
令
,
则原方程为
。
两边关于 求导,得
。
再求导,得到
。
在 中令 ,可得
。
解初值问题
,
得
。
由 ,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,
。
而
,
故
,
从而
。