常系数非齐次微分方程特解及其通解求解

常系数非齐次微分方程特解及其通解求解

求通解及设特解的步骤:

一般式形式: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:

若r1≠r2,则y=C1e(r1*x)+C2*e(r2x)

若r1=r2,则y=(C1+C2x)e^(r1x)

若r1,2=α±βi,则y=e^(αx)*(C1cosβx+C2sinβx)

&&第三步:特解:

1.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=xk*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)

若λ不是特征根 k=0 y*=Q(x)e^(λx)

若λ是单根 k=1 y=xQ(x)e^(λx)

若λ是二重根 k=2 y=x²Q(x)*e^(λx)

2.f(x)的形式是e(λx)*P(x)cosβx或e(λx)P(x)sinβx

若α+βi不是特征根,y=e^λxQ(x)(Acosβx+Bsinβx)

若α+βi是特征根,y=e^λxxQ(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。

结果是y=通解+特解 (相信你应该知道,哈哈)

通解的系数C1,C2是任意常数

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