齐次方程的解
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若特征方程有两个相异的根,则均为齐次方程的解
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线性无关(两者之商不为常数)
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因此 是原方程的解
齐次方程的解
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若特征方程有重根,则是一个解
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设另一个线性无关的解为,则
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齐次方程的解
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因此原方程即
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显然 ,因此
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因此 与是两个线性无关的解
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因此 是原方程的解
二阶常系数齐次线性微分方程
若两个相异的根,则解为
若有重根,则解为
例子
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求满足的解,并求
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特征方程有根 , 通解
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,解得
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易见 ,因此即斐波那契数列
非齐次方程的情形
一般而言,给出非齐次的一个特解较为困难,本课程只考虑以下情况
其中是常数,是一次多项式
(已经涵盖了教材中列举的时的两种情况)
非齐次方程的解
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设原方程的解为,记
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代入原方程左侧,前文已计算得
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利用,上式进一步化为
非齐次方程的解
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若(即不是特征方程的根) ,则为次多项式
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若, (即是特征方程的单根) ,则为次多项式
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若(即是特征方程的重根) ,则为次多项式
例子
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求的解
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是特征方程的单根,因此是次多项式,满足
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设代入, 得
解得,
例子
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原方程的特解为,其中为常数
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解特征方程,得对应齐次方程的解为
其中为常数
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常数可以吸收入常数,
得原方程的解:
方程右侧为三角函数的情形
对于形如
或
只需求的解,再取实部或虚部即可
小结
- 二阶常系数线性微分方程的概念
- 微分算子、特征方程的概念及解的结构
- 齐次方程的解法
- 特定非齐次方程的解法