高數(shù)常系數(shù)非齊次線性微分方程演示文稿

高數(shù)常系數(shù)非齊次線性微分方程演示文稿當(dāng)前1頁，總共18頁。優(yōu)選高數(shù)常系數(shù)非齊次線性微分方程當(dāng)前2頁，總共18頁。二階常系數(shù)線性非齊次微分方程:根據(jù)解的結(jié)構(gòu)定理,其通解為非齊次方程特解齊次方程通解求特解的方法根據(jù)

f(x)的特殊形式,的待定形式,代入原方程比較兩端表達(dá)式以確定待定系數(shù).①—待定系數(shù)法當(dāng)前3頁，總共18頁。一、

為實數(shù),設(shè)特解為其中為待定多項式,代入原方程,得為m

次多項式.(1)若

不是特征方程的根,則取從而得到特解形式為Q(x)為

m次待定系數(shù)多項式當(dāng)前4頁，總共18頁。(2)若是特征方程的單根

,為m

次多項式,故特解形式為(3)若

是特征方程的重根

,是m

次多項式,故特解形式為小結(jié)對方程①,此結(jié)論可推廣到高階常系數(shù)線性微分方程.即即當(dāng)是特征方程的k重根時,可設(shè)特解當(dāng)前5頁，總共18頁。代入方程即可確定系數(shù)：從而確定特解.特解的形式為將

當(dāng)前6頁，總共18頁。提示因為f(x)Pm(x)ex3x1

0不是特征方程的根

所以非齊次方程的特解應(yīng)設(shè)為

y*b0xb1

把它代入所給方程得

例1

求微分方程y2y3y3x1的一個特解

解

齊次方程y2y3y0的特征方程為r22r30

[b0xb1]2[b0xb1]3[b0xb1]3b0x2b03b1

2b03b0x3b13b0x2b03b13x1

提示3b03

2b03b11

當(dāng)前7頁，總共18頁。

例2

求微分方程y5y6yxe2x的通解

解

齊次方程y5y6y0的特征方程為r25r

60

其根為r12

r23

提示齊次方程y5y6y0的通解為YC1e2xC2e3x

因為f(x)Pm(x)exxe2x

2是特征方程的單根

所以非齊次方程的特解應(yīng)設(shè)為

y*x(b0xb1)e2x

把它代入所給方程得2b0x2b0b1x

提示2b01

2b0b10因此所給方程的通解為當(dāng)前8頁，總共18頁。二、第二步求出如下兩個方程的特解分析思路:第一步將f(x)轉(zhuǎn)化為第三步利用疊加原理求出原方程的特解第四步分析原方程特解的特點(diǎn)當(dāng)前9頁，總共18頁。第一步利用歐拉公式將f(x)變形當(dāng)前10頁，總共18頁。第二步求如下兩方程的特解是特征方程的k重根(k=0,1),故等式兩邊取共軛:為方程③的特解.②③設(shè)則②有特解:當(dāng)前11頁，總共18頁。第三步求原方程的特解利用第二步的結(jié)果,根據(jù)疊加原理,原方程有特解:原方程

均為

m

次多項式.當(dāng)前12頁，總共18頁。第四步分析因均為

m

次實多項式.本質(zhì)上為實函數(shù),當(dāng)前13頁，總共18頁。小結(jié):對非齊次方程則可設(shè)特解:其中為特征方程的

k

重根(k=0,1),上述結(jié)論也可推廣到高階方程的情形.當(dāng)前14頁，總共18頁。例4.的一個特解

.解:本題特征方程故設(shè)特解為不是特征方程的根,代入方程得比較系數(shù),得于是求得一個特解當(dāng)前15頁，總共18頁。例5.的通解.

解:特征方程為其根為對應(yīng)齊次方程的通解為比較系數(shù),得因此特解為代入方程:所求通解為為特征方程的單根,因此設(shè)非齊次方程特解為當(dāng)前16頁，總共18頁。內(nèi)容小結(jié)為特征方程的k(＝0,1,2)重根,則設(shè)特解為為特征方程的k