拆分——線性微分方程的解的結構

2020-12-03 勞逸結合者

上一篇文章小編沒有留作業,當然自己也就沒有做了,哈哈。話不多說,這篇文章算是微分方程這一章難點的開頭了。我們現在來複習線性微分方程的解的結構。

這裡主要討論二階線性方程,並且考試中也只會出現二階,不會考到三階及其以上線性方程的。

二階線性微分方程分為兩類:

一:齊次方程(又叫做非齊次方程所對應的齊次方程)

二:非齊次方程

這二者的區別就是整理成:y'',y',y的形式後,等式右邊是不是為0。一般題目都是整理好的,所以一眼便可辨認。註:此處的定理均不給予證明,證明在高等數學上冊p331~p334。

接下來先講齊次方程的解的結構:y''+P(x)y'+Q(x)y=0

補充:線性相關及無關

就是說如果所有的k都為0,那麼就是線性無關,否則就是線性相關。(註:0和任何數都是線性相關,因為0前面的k可以不為0)

例:

補充:對於兩個函數,只要不是成比例,那麼就是線性無關了,但是多個函數就很難判斷了,出來按照定義判別,小編給大家一種相較簡便的判別方程。(不過因為遇到的題目是二階的,那麼通解就只有兩個函數,所以這裡不是很重要)

若D=0,則線性相關

若D不=0,則線性無關

定理一:

其實就是兩個函數都是微分方程的就,那麼這兩個函數的和也是這個微分方程的解。不過要要求這兩個解是線性無關的。

定理二:

其實就是兩個特解加在一起後就是微分方程的通解了,注意是通解。所以也就給了我們找齊次微分方程通解的方法。

例:

推論:

接下來講解非齊次方程的解的結構:y''+P(x)y'+Q(x)y=f(x)

定理三:

這個就是說你找到非齊次方程對應的齊次方程的通解之後,然後再找到一個非齊次方程的特解(註:特解,特解,就是說沒有未知函數的),之後把通解和特解加起來之後,就是非齊次方程的通解。

例:

定理四:

這個其實就是說,可以把這個非齊次方程的f(x)分成兩個函數,如果找到這兩個方程分別對應的特解,那麼兩個特解之和就是原方程的特解。這也是一種找特解的手段,因為拆分了之後說不定好找一些。

定理五:

這個其實就是說,n階的非齊次線性方程也是一樣的,通解都是齊次方程的通解加上非齊次方程的特解。

這一部分就到這裡了,可能小夥伴們會疑惑找特解我有辦法了,那麼通解呢?

小夥伴們不要著急,後面會專門有找通解的辦法,並且這裡所說的找特解的辦法,只是說拆分後的式子的特解告訴你了,其實複習到後面,小夥伴們發現還是通解善良。

接下來是八道題,希望小夥伴們練練手,都是簡單題。

1.

2.

3.下列函數組在其定義區間內是不是線性無關的

4.下列函數組在其定義區間內是不是線性無關的

5.

6.驗證

7.驗證

8.驗證

小編希望大家在複習高數上能夠堅持下去,大家加油!

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