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二階常系統(tǒng)非齊次線性方程的特解系數(shù)確定

[復(fù)制鏈接]
ID:104126 發(fā)表于 2016-1-24 02:23 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
ay''+by'+cy=q(x);
該方程的特征方程:ar^2+br+c=0,根據(jù)a,b,c三個不同的數(shù)值,可能得出兩個相同的數(shù)值、兩個不同的數(shù)值或兩個復(fù)數(shù)值。
當(dāng)r1=r2=n時且不為復(fù)數(shù)時,則yH=(k1+k2x)e^nx;
當(dāng)r1≠r2且不為復(fù)數(shù)時,則yH=k1*e^r1x+k2*e^r2x;
當(dāng)r1、r2為復(fù)數(shù)時,如3±j2,則yH=(K1*cos2x+k2*sin2x)e^3x


該方程特解為:y*=x^k*Q(x)*e^(ax)
確定方式如下:
     當(dāng)q(x)是一個不含e^ax的普通多項式,如2x^2+4,則可確定y*=ax^2+bx+c,然后求兩次導(dǎo)帶入原方程左側(cè)即可。在確定特征方程時需要注意求導(dǎo)后的方程最高系數(shù)要與多項式的系數(shù)一致,否則無法做系數(shù)比較!
     當(dāng)q(x)是一個含e^ax的多項式或單獨為e^2x的方程,則需要根據(jù)a的數(shù)值是否與特征方程的解相同來確定k的數(shù)值:
            當(dāng)a∉特征方程任何一個數(shù)值時,k=0;
            當(dāng)a∈特征方程中的任何一個數(shù)值時,k=1;
            當(dāng)a=特征方程的解時,則k=2;
     當(dāng)q(x)=Acoswx+BsinwX,可設(shè)y*=(acoswx+bsinwx)*x^k,確定k的數(shù)值如下:
           當(dāng)jw不是特征方程根時, k=0;
           當(dāng)jw時特征方程根時,k=1;
     當(dāng)q(x)=e^x(Acoswx+BsinwX)或e^x*Acoswx(Asinwx)時,可設(shè)y*=e^x(acoswx+bsinwx);

例題:
y''+4y=sinx
解:特征根為r1=r2=±j2,a0=0,β=2
故:yH=K1cos2x+K2sin2x
根據(jù)q(x)=sinx
可設(shè)特解為y*=(acosx+bsinx)x^0,這里由于p(x)=sinx,其角速度=1,所以j1不是方程的特征根。
再對y*求兩次導(dǎo)并帶入原方程即可求出y*,這不不贅述過程。
最后y=yH+y*=K1cos2x+K2sin2x+1/3sinx

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