二阶齐次线性微分方程的通解公式_二阶常系数齐次线性微分方程通解

满意答案

yanweishizu

2013.07.12

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y'' - 2y' + 5y = 0,

设y = e^[f(x)],则

y' = e^[f(x)]*f'(x),

y''= e^[f(x)]*[f'(x)]^2 + e^[f(x)]*f''(x).

0 = y'' - 2y' + 5y = e^[f(x)]*[f'(x)]^2 + e^[f(x)]*f''(x) - 2e^[f(x)]*f'(x) + 5e^[f(x)],

0 = [f'(x)]^2 + f''(x) - 2f'(x) + 5,

当f(x) = ax + b, a,b是常数时。

f''(x) = 0,

f'(x) = a.

0 = a^2 - 2a + 5.

2^2 - 4*5 = -16 < 0.(2^2-4*5)^(1/2)=4i.

a = [2 + 4i]/2 = 1 + 2i或a = [2-4i]/2 = 1 - 2i.

y = e^[f(x)] = e^[ax+b] = e^[(1+2i)x + b] = e^[x+b]*e^(2ix)

或

y = e^[f(x)] = e^[ax+b] = e^[(1-2i)x + b] = e^[x+b]*e^(-2ix)

因2个解都满足微分方程。所以，微分方程的实函数解为，

y = e^[x+b]*e^(2ix) + e^[x+b]*e^(-2ix) = e^[x+b][e^(2ix)+e^(-2ix)] = 2e^[x+b][cos(2x)]

或

y = e^[x+b]*e^(2ix) - e^[x+b]*e^(-2ix) = e^[x+b][e^(2ix)-e^(-2ix)] = 2e^[x+b][sin(2x)]

微分方程的实函数的通解为，

y = 2c1e^[x+b][cos(2x)] + 2c2e^[x+b][sin(2x)]

= e^x[2c1e^bcos(2x) + 2c2e^bsin(2x)]

其中，c1,c2 是任意常数。

记

C1 = 2c1e^b, C2 = 2c2e^b,

有

y = e^x[C1cos(2x) + C2sin(2x)]

C1,C2为任意常数。

这个，可能就是特征方程无实数根时，通解的由来吧~~

【俺记忆力很差，公式都记不住，全靠傻推。。

这样的坏处是费时，好处是，自己推1遍，来龙去脉就清楚1些了。

不知道，俺的傻推过程对你的疑问有点帮助没~~】

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