之前討論了齊次線性微分方程的通解結構,下面我們來討論非齊次微分方程的通解結構。
❞考慮n階非齊次線性微分方程:
我們知道齊次微分方程:
就為其特殊形式,所以兩者之間解的性質與結構有很密切的聯繫。
我們可以很容易知道下面的性質:
「性質1」: 如果
「性質2」:(1)的任意兩個解之差為(2)的解。
「定理 1」: 設
為(1)的通解,其中:
證明:由性質1我們知道x為(1)的解,又由於
是(1)的通解;下面來證明其包含了(1)的所有解:
任取(1)的一個解
移項即可得到
證畢。
由上面的定理我們知道,要得到非齊次線性微分方程的通解,我們需要得到:(1)的一個解,以及(2)的通解,我們下面就來介紹第二章曾用過的方法——常數變易法。
設
就為(2)的通解,此時:把
此時代入(1)就得到
在(3)中對t微分:
我們令:
那麼:
對上述的x』對t微分,並令
繼續上面做法,在最後一次我們得到
第n-1個條件:
以及表達式:
最後對
將上面過程得到的
得到:
所以我們就得到了關於
其係數行列式就為朗斯基行列式
它不等於0(因為
積分得:
將得到的
(註:通過上面的思路我們知道主要的步驟為:A.求對應的齊次方程的通解;B.構造條件;求解
❝例子:求解方程
❞解:其對應的齊次方程為:
容易求得其基本解組為:cost與sint
「(註:利用特徵根法得到:
利用常數變易法:令:
代入即可得到關於
解得:
簡單積分就可以得到:
那麼:所求方程的通解就為:
習題:求解以下方程的通解: