齐次函数
齐次
齐次 的意思是,当我们把一个函数:
f(x,y) 里的
每个变量乘以 z:
f(zx,zy)
我们便可以把它重排为:
znf(x,y)
函数一定要符合以上的条件,才可被称为齐次!
换句话说,当把每个变量乘以 z时,结果是函数乘以 z 的幂:
f(zx,zy) = znf(x,y)
看看这个例子:
例子:x + 3y
开始:
f(x,y) = x + 3y
每个变量乘以 z:
f(zx,zy) = zx + 3zy
把 z 分解出来:
f(zx,zy) = z(x + 3y)
x + 3y 是 f(x,y):
f(zx,zy) = zf(x,y)
这是我们想要的格式,n=1:
f(zx,zy) = z1f(x,y)
方程是齐次的!
n 的值叫次数。在以上的例子中,次数是 1。
例子:4x2 + y2
开始:
f(x,y) = 4x2 + y2
每个变量乘以 z:
f(zx,zy) = 4(zx)2 + (zy)2
得到:
f(zx,zy) = 4z2x2 + z2y2
把 z2 分解出来:
f(zx,zy) = z2(4x2 + y2)
4x2 + y2 是 f(x,y):
f(zx,zy) = z2f(x,y)
对了,4x2 + y2 是齐次的。
次数是 2。
这个呢?
例子:x3 + y2
开始:
f(x,y) = x3 + y2
每个变量乘以 z:
f(zx,zy) = (zx)3 + (zy)2
得到:
f(zx,zy) = z3x3 + z2y2
把 z2 分解出来:
f(zx,zy) = z2(zx3 + y2)
但 zx3 + y2 不是 f(x,y)!
因此,x3 + y2 不是齐次的。
在这例子里,x 和 y 的幂是不同的: x3 但 y2
看看这个:
例子:函数 x cos(y/x)
开始:
f(x,y) = x cos(y/x)
每个变量乘以 z:
f(zx,zy) = zx cos(zy/zx)
得到:
f(zx,zy) = zx cos(y/x)
把 z 分解出来:
f(zx,zy) = z(x cos(y/x))
x cos(y/x) 是 f(x,y):
f(zx,zy) = z1f(x,y)
因此,x cos(y/x) 是齐次的,次数是 1。
留意:(y/x) 是 "安全的",因为 (zy/zx) 约成 (y/x)
齐次就是"均匀"的意思。
例子:在"均质化乳" 里的脂肪是均匀地混合在乳液里(脂肪不全是在乳液的表面。)
齐次的概念可以用于像 f(x)、f(x,y,z) 等函数,它是个通用的概念。
齐次微分方程
若一阶微分方程可以写成以下的格式,它便是齐次的:
换句话说,写成这样的格式:
M(x,y) dx + N(x,y) dy = 0
并且, M(x,y) 和 N(x,y) 两者皆是次数相同的齐次函数。
要解这样的方程,先写成:
dy dx = F( y x )
接下来,以 v 代替 y x ,解方程,然后代回 y x .
去阅读解齐次微分方程来了解更多。