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如何求微分方程的特解

时间:2024-11-23 10:08:17   

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1.微分方程的特解怎么求


  二次非齐次微分方程的一般解法
  一般式是这样的ay''+by'+cy=f(x)
  第一步:求特征根
  令ar2+br+c=0,解得r1和r2两个值,(这里可以是复数,例如(βi)2=-β2)
  第二步:通解
  1、若r1≠r2,则y=C1*e^(r1*x)+C2*e^(r2*x)
  2、若r1=r2,则y=(C1+C2x)*e^(r1*x)
  3、若r1,2=α±βi,则y=e^(αx)*(C1cosβx+C2sinβx)
  第三步:特解
  f(x)的形式是e^(λx)*P(x)型,(注:P(x)是关于x的多项式,且λ经常为0)
则y*=x^k*Q(x)*e^(λx) (注:Q(x)是和P(x)同样形式的多项式,例如P(x)是x2+2x,则设Q(x)为ax2+bx+c,abc都是待定系数)
  1、若λ不是特征根 k=0 y*=Q(x)*e^(λx)
  2、若λ是单根 k=1 y*=x*Q(x)*e^(λx)
  3、若λ是二重根 k=2 y*=x2*Q(x)*e^(λx)(注:二重根就是上面解出r1=r2=λ)
  f(x)的形式是e^(λx)*P(x)cosβx或e^(λx)*P(x)sinβx
  1、若α+βi不是特征根,y*=e^λx*Q(x)(Acosβx+Bsinβx)
  2、若α+βi是特征根,y*=e^λx*x*Q(x)(Acosβx+Bsinβx)(注:AB都是待定系数)
  第四步:解特解系数
  把特解的y*'',y*',y*都解出来带回原方程,对照系数解出待定系数。
最后结果就是y=通解+特解。
通解的系数C1,C2是任意常数。
  (h3)拓展资料:
  微分方程指描述未知函数的导数与自变量之间的关系的方程。微分方程的解是一个符合方程的函数。而在初等数学的代数方程,其解是常数值。
  高数常用微分表
  
  唯一性
  存在定一微分程及约束条件,判断其解是否存在。唯一性是指在上述条件下,是否只存在一个解。针对常微分方程的初值问题,皮亚诺存在性定理可判别解的存在性,柯西-利普希茨定理则可以判别解的存在性及唯一性。针对,柯西-克瓦列夫斯基定理可以判别解的存在性及唯一性。 皮亚诺存在性定理可以判断常微分方程初值问题的解是否存在。

2.如何判断一个微分方程是线性,还是非线性微分方程?!


  以二阶微分方程为例(高阶的以此类推):经过化简,可以变形为这种形式的称为线性微分方程:P(x)y"+Q(x)y'+R(x)y=S(x) (其中,P(x),Q(x),R(x),S(x)都是已知的x的函数式)
无论如何怎么化简,方程中都带有y或者y的导数的非一次方的微分方程就是非线性微分方程。
例如y'y=y2,虽然y不是一次方,但是我通过等价变形可以变成y(y'-y)=0,即y=0或者y'-y=0,因为y和y'都是一次方,因此他们是线性微分方程。而他们的系数都是常数,所以可以称之为常系数微分方程。
再如(sinx)y'-y=0,因为y'和y的次数都是1(含有x的函数项不算),所以是线性微分方程。而y'的系数是sinx,因此是变系数常微分方程。
再如y'y=1,无论如何化简(例如把y除过去),都不能变成y'和y次数都是1的形式,因此该方程为非线性微分方程。
再加一句:线性微分方程都有解析解,就是可以写成函数解析式y=f(x)的形式。但是非线性微分方程就很难说了。一般来说,部分一阶非线性微分方程有解析解。但是二阶或二阶以上的非线性微分方程很难有解析解。

3.微分方程,怎么设特解


  如果右边为多项式,则特解就设为次数一样的多项式;
  如果右边为多项项乘以e^(ax)的形式,那就要看这个a是不是特征根:
  如果a不是特征根,那就将特解设为同次多项式乘以e^(ax);
  如果a是一阶特征根,那这个特解就要在上面的基础上乘以一个x;
  如果a是n重特征根,那这个特解就要在上面的基础上乘以x^n。
  f(x)的形式是e^(λx)*P(x)型,(注:P(x)是关于x的多项式,且λ经常为0)
  则y*=x^k*Q(x)*e^(λx) (注:Q(x)是和P(x)同样形式的多项式,例如P(x)是x+2x,则设Q(x)为ax+bx+c,abc都是待定系数)
  1、若λ不是特征根 k=0 y*=Q(x)*e^(λx)
  2、若λ是单根 k=1 y*=x*Q(x)*e^(λx)
  3、若λ是二重根 k=2 y*=x*Q(x)*e^(λx)(注:二重根就是上面解出r1=r2=λ)
  f(x)的形式是e^(λx)*P(x)cosβx或e^(λx)*P(x)sinβx
  1、若α+βi不是特征根,y*=e^λx*Q(x)(Acosβx+Bsinβx)
  2、若α+βi是特征根,y*=e^λx*x*Q(x)(Acosβx+Bsinβx)(注:AB都是待定系数)
  扩展资料:
  求通解在历史上曾作为微分方程的主要目标,一旦求出通解的表达式,就容易从中得到问题所需要的特解。也可以由通解的表达式,了解对某些参数的依赖情况,便于参数取值适宜,使它对应的解具有所需要的性能,还有助于进行关于解的其他研究。
  后来的发展表明,能够求出通解的情况不多,在实际应用中所需要的多是求满足某种指定条件的特解。当然,通解是有助于研究解的属性的,但是人们已把研究重点转移到定解问题上来。
  这是微分方程论中一个基本的问题,数学家把它归纳成基本定理,叫做存在和唯一性定理。因为如果没有解,而我们要去求解,那是没有意义的;如果有解而又不是唯一的,那又不好确定。因此,存在和唯一性定理对于微分方程的求解是十分重要的。
  参考资料来源:

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