二阶常系数线性微分方程,非齐次方程解法

人气:255 ℃/2023-06-26 07:36:44

我们知道,二阶常系数非齐次线性微分方程的形式为:ay′′+by′+cy=f(x),它的解法有很多,我们今天就来归纳一下吧。

解法1:基本解法

如图所示,下面是非齐次方程解法的基本解法,和对非齐次方程解法的具体描述,来让大家更好的了解非齐次方程。

除此之外,非齐次方程还有特解的解法,主要有待定系数法、常数变异法和微分算子法。下面我们主要讲解一下这三个特解法吧。

解法2:常数变异法

常数变易法是求解n阶非齐次线性微分方程的一种有效方法。通过在n阶非齐次线性微分方程更为一般的形式下探究相应的常数变易法,从而推导出相应的常数变易公式. 。下面是常数变异法。

我们通过例题,具体让大家了解一下吧。

解法3:待定系数法

待定系数法,一种求未知数的方法。将一个多项式表示成另一种含有待定系数的新的形式,这样就得到一个恒等式。在如图题型中常见的解法就是非齐次方程待定系数法了。

根据特征根的不同,将其情况分三种来讨论。

下面我们通过例题,具体让大家了解一下吧。

解法4:微分算子法

微分算子是定义为微分运算之函数的算子。首先在记号上,将微分考虑为一个抽象运算是有帮助的,它接受一个函数得到另一个函数。下面我们简单看看微分算子法吧。

特别提示

公式虽然多,但做起来真的简单哟。

二阶常系数微分方程解法步骤

「高等数学」二阶常系数齐次常微分方程求解,考研进行时之基础篇

二阶常系数齐次常微分方程,指的就是那些形如y'' py' qy=0的微分方程

如果是形如y'' py' qy=f(x)的微分方程,就叫做二阶常系数线性微分方程

顾名思义,就是有二阶导数的微分方程,且p、q是实数

下面给出一道例题,能够更加直观的体现

图一

如图所示,通过这道题我们可以知道很多信息点

其一,这种含有未知函数以及其导数的关系式就是微分方程

其二,这是一个一元函数,所以被称为常微分方程

其三,我来提供一下解答这道题的思路

我们知道,在求二阶常系数齐次常微分方程的时候,往往有这些公式

图二

这里有一个点要解释一下,就是共轭复根,可能有些小伙伴对这个概念不是很理解

共轭复根:指的是两个实部相等,虚部互为相反数的复数根

好,知道这些概念之后我们就可以去做了

图三

如图所示,是我自己写的过程,当时在做的时候,看到这道题我想到了特征方程,但是当求出p^2-4q<0之后我就懵了,咦,这道题好像没根啊,但事实上我错了,这就是基础不牢固的原因,要是基础牢固怎么会犯这样的错误

所以我去查阅资料,然后仔细思考,哦,这道题是微分方程,p^2-4q<0得到的结果就是共轭复根,然后我竟然不清楚共轭复根是什么,再去查,哦,原来共轭复根是这个式子

总的来说,我才发现这道题目真的非常非常基础,不应该卡住的,卡住了只能说明自己的能力不够,不能怪别人,还是要多多努力啊,下面给出完整的解答过程

图四

但是当我完整做完这道题之后,我又产生疑问了

为什么通解中会有cos和sin出现呢

知道r的时候,我们又怎么来解出y的结果呢,原来通解中就用到了r,即

图五

那当它是共轭复根的时候,又是怎么解出cos和sin的

这时我们不得不提到欧拉公式

欧拉公式我这里不多做解释了,给出过程,大家自己理解一下

图六

是不是觉得这样很方便呢

总结一下,我们在做题的时候一定要万分注意,公式公式公式,真的很重要!

有这些公式,能够帮助我们做题事半功倍,前提条件是不要记错!

在记忆的前提下进行理解

好好吃透这些题,再简单的题都有方法,而方法是共同的,与大家共勉,加油努力奋斗!

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