古詩詞大全網 - 成語故事 - 二階常系數線性微分方程怎麽解

二階常系數線性微分方程怎麽解

較常用的幾個:

1、Ay''+By'+Cy=e^mx?

特解 y=C(x)e^mx

2、Ay''+By'+Cy=a sinx + bcosx

特解 y=msinx+nsinx

3、Ay''+By'+Cy= mx+n

特解 y=ax

二階常系數線性微分方程是形如y''+py'+qy=f(x)的微分方程,其中p,q是實常數。自由項f(x)為定義在區間I上的連續函數,即y''+py'+qy=0時,稱為二階常系數齊次線性微分方程。

若函數y1和y2之比為常數,稱y1和y2是線性相關的;若函數y1和y2之比不為常數,稱y1和y2是線性無關的。特征方程為:λ^2+pλ+q=0,然後根據特征方程根的情況對方程求解。

擴展資料:

通解=非齊次方程特解+齊次方程通解

對二階常系數線性非齊次微分方程形式ay''+by'+cy=p(x)

的特解y*具有形式

y*=?

其中Q(x)是與p(x)同次的多項式,k按α不是特征根、是單特征根或二重特征根(上文有提),依次取0,1或2.

將y*代入方程,比較方程兩邊x的同次冪的系數(待定系數法),就可確定出Q(x)的系數而得特解y*。

多項式法:

設常系數線性微分方程y''+py'+qy =pm

(x)e^(λx),其中p,q,λ是常數,pm(x)是x的m次多項式,令y=ze^(λz) ,則方程可化為:

F″(λ)/2!z″+F′(λ)/1!z′+F(λ)z=pm(x) ,這裏F(λ)=λ^2+pλ+q為方程對應齊次方程的特征多項式。

升階法:

設y''+p(x)y'+q(x)y=f(x),當f(x)為多項式時,設f(x)=a0x^n+a1x^(n-1)+…+a(n-1)x+an,此時,方程兩邊同時對x求導n次,得

y'''+p(x)y''+q(x)y'=a0x^n+a1x^(n-1)+…+a(n-1)x+an……

y^(n+1)+py^(n)+qy^(n-1)=a0n!x+a1(n-1)!

y^(n+2)+py^(n+1)+qy^(n)=a0n!

令y^n=a0n!/q(q≠0),此時,y^(n+2)=y^(n+1)=0。由y^(n+1)與y^n通過倒數第二個方程可得y^(n-1),依次升階,壹直推到方程y''+p(x)y'+q(x)y=f(x),可得到方程的壹個特解y(x)。