作者:whisper
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二阶常系数非齐次线性微分方程的一般形式是
y'' + py' + qy = f(x) (1)
其中p,q是常数
我们主要解决f(x)为以下形式时的(1)的特解y*,首先根据f(x)的两种不同形式,设出y*的形式,再将y*代入(1),即可得到(1)的特解,这种方法的特点是不用积分就可求出y*来,它叫做待定系数法
f(x)的两种形式是:
1、f(x) = Pₘ(x)e^(λx),
其中λ是常数, Pₘ(x) 是x的一个m次多项式:
Pₘ(x) = a₀xᵐ + a₁xᵐ⁻¹ + ... + aₘ₋₁x + aₘ
2、f(x) = e^(λx)[Pₗ(x)cosωx + Pₙ(x)sinωx]
其中λ、ω是常数,Pₗ(x)、Pₙ(x)分别是x的l次,n次多项式
1、f(x) = e^(λx)Pₘ(x)型
如果f(x) = e^(λx)Pₘ(x),则二阶常系数非齐次线性微分方程(1)具有形如
y* = xᵏQₘ(x)e^(λx)
的特解
其中Qₘ(x)是与Pₘ(x)同次(m次)的多项式
而k按λ不是特征方程的根、是特征方程的单根或是特征方程的重根分别为0,1或2
将y* = xᵏQₘ(x)e^(λx)代入(1),对比等式左右两侧x的相同幂次系数,即可得Qₘ(x)
2、f(x) = e^(λx)[Pₗ(x)cosωx + Pₙ(x)sinωx]型
如果f(x) = e^(λx)[Pₗ(x)cosωx + Pₙ(x)sinωx],则二阶常系数非齐次线性微分方程(1)的特解可设为
y* = xᵏe^(λx)[R¹ₘ(x)cosωx + R²ₘ(x)sinωx]
而k按λ + iω(或 λ - iω)不是特征方程的根、或是特征方程的单根依次取0或1
m = max{l, n}
将y* = xᵏe^(λx)[R¹ₘ(x)cosωx + R²ₘ(x)sinωx]代入(1),对比等式左右两侧cosωx,sinωx的系数,即可得R¹ₘ(x),R²ₘ(x)
注:特解的形式与f(x)的形式很像,多出了一个 xᵏ
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