微分方程重點二:常係數非齊次線性微分方程

2020-12-12 勞逸結合者

小編在之前的文章:微分方程重點一中講了常係數齊次線性微分方程的內容。那是微分方程難點的一半,接下來的內容是另外一半。

讓我們在講解之前,先來對一下答案。

題目在微分方程重點一:常係數齊次線性微分方程中。

1.這是一道常規題,按照步驟,先寫出特徵方程,然後求出兩個根,最後按照三種情況代入即可。這裡是第一種情況,有兩個不同的實數根。

2.這裡和第一題一樣,還是按照步驟做。這裡是第三種情況,是兩個虛數根。這裡值得一提的是小編竟然忘了求根公式。

3.還是按照步驟做,只不過這裡是把x,y換成了t,x。

4.這裡值得一提的是有四階導數,還是按照以前的基本定理做就可以了,把分別求出來的解加在一起。

5.按照步驟做,最後按照給出的條件列式子。就是這裡給出的一階導數條件值也是要求出一階導數,然後再代入。

6.和第五題一樣,還是按照步驟做,然後再代入條件即可得出答案。

接下來就是講微分方程的最後一個重點了,也是考試微分方程中最後的部分了,不過既然是最後一部分,那麼就有最後一部分的難。

這部分主要講的就是求特解,這也是這裡的難點。

常係數非齊次線性微分方程:

形式:

我們知道,對於非齊次微分方程的解,就是要齊次方程的通解,加上一個非齊次方程的特解。齊次方程的通解前面的重點一已經講過了。那麼這一節,小編就主要講如何求非齊次方程的特解。

這裡只講兩種常見的 f(x) 形式求特解y*。並且考試中的非齊次線性微分方程也只會考這兩種形式。

這裡的所用的方法不用積分就可得出特解 y*。這種方法就是待定係數法。

形式一:

這裡根據λ,不是特徵方程的根,是特徵方程的單根,是特徵方程的重根分為三種情況。證明過程在高數課本p348,這裡不予證明。

1:λ不是特徵方程的根

特解形式:

2:λ是特徵方程的單根

特解形式:

3:λ是特徵方程的重根

特解形式:

小結:特解總形式

按照λ是特徵方程根的情況分為三類,特解中的λ就是形式一中的λ,k是看λ是特徵方程的幾重根,取值0,1,2。m就是形式一中的Pm中的m,看Pm是幾次多項式,m就是幾。

求解步驟:

1.寫出特徵方程,並把λ代入。

2.確定λ,k,m。

3.寫出特解形式,然後求出其一階與二階導,然後代入原方程求未知數。

例:

第一步:寫出特徵方程,並把λ代入

第二步:確定λ=0,k=0,m=1

第三步:寫出特解形式,然後代入,求未知數

最終得解:

形式二:

這裡按照 λ+wi 不是特徵方程的根,是特徵方程的單根分為兩種情況。因為不是存虛數的虛數根,所以不可能是重根。這裡直接進行總結,過程不予證明。

特解形式:

這裡的k是取決於 λ+wi 是特徵方程的幾重根,而取值0或者1。λ就是形式中的λ,m就是取形式中 l 和 n 的最大值。

求解步驟:

1.寫出特徵方程,並把 λ+wi 代入。

2.確定λ,k,m,w。

3.寫出特解形式,然後求出其一階與二階導,然後代入原方程求未知數。

例:

第一步:寫出特徵方程,代入0+2i,看是特徵方程的幾重根。

第二步:確定λ=0,w=2,k=0,m=1(因為P=x,Q=0,最大為一次,所以m=1)

第三步:寫出特解形式,然後代入

最終得解:

這節就到這裡了,看起來複雜,其實只要看出是那種形式,然後按照步驟套就可以了。

接下來還是要練一練題目的,大家要加油哦,雖然難,但是我們依舊要克服。這樣才可以進步。

1.求下列微分方程的通解

2.求下列微分方程的通解

3.求下列微分方程的通解

4.求下列微分方程滿足所給初值條件的特解

5.求下列微分方程滿足所給初值條件的特解

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