数学の研究室

微分方程式

微分方程式は、物理法則としての基礎方程式として生まれた。微分方程式論は解析学の中心的な分野で、フーリエ変換、ラプラス変換等はもともと微分方程式を解くために開発された手法である。

未知関数とその導関数の関係式が、未知関数や導関数を変数と見たときに解析関数を係数とする多項式である場合、代数的微分方程式と呼ばれる。微分方程式に含まれる導関数の次数（階数）の内、最も高いものが n 階である場合、n 階微分方程式と呼ばれる。

いずれの場合も未知関数は一つとは限らず、また、連立する複数の微分方程式を同時に満たす関数を解とするような方程式系の形を取る場合もある。n 階連立常（偏）微分方程式などと呼ばれる。

微分方程式が、既知の関数（定数関数でもよい）を係数とする未知関数、導関数、定数項 1 の線型結合で書かれている時、これを線型微分方程式と呼び、そうでない場合は非線型微分方程式と呼ぶ。また、線形微分方程式の内、定数項 1 の係数が 0 である場合は斉次方程式、そうでない場合は非斉次方程式と呼ぶ（斉次・非斉次ではなく、同次・非同次で呼ばれる場合もある）。

線型微分方程式の研究は歴史が長くヘルマンダー等がそのひとつの頂点であろう。それに比して、非線型微分方程式の研究は歴史が浅く比較的簡単な方程式しか解析できていない。例えばナビエ-ストークスの式は、流体の支配方程式として重要であるが、その解の存在性は未解決問題でありミレニアム懸賞問題にも選ばれている。

微分方程式を解くことを積分するとも言う。積分することによって得られた式は、それを微分すると元の微分方程式になる。

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数学の主要な分野は人類が農耕を行うと共に必要となった次の三つの要素から生じたものである。

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