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二阶线性常系数非齐次微分方程的待定系数法(之一)举例

下一节:二阶线性常系数非齐次微分方程的待定系数法(之二)

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二阶线性常系数非齐次微分方程的待定系数法(之一)举例课程教案、知识点、字幕

好 前面我们介绍了

当右端项是多项式与指数函数相乘时

二阶线性常系数非齐次方程

它的特解

求法的待定系数法

接下来我们就用待定系数法

来处理几个具体的

二阶线性常系数非齐次方程

我们先看第一个例子

也就是我们来求解一下

y两阶导加上y的一阶导

减掉两倍的y

等于e的2x次方

这就是一个简单的

二阶线性常系数非齐次方程

而它的右端项

我们就可以理解成

是一个零次多项式

与一个指数函数相乘

所以说

求解这个方程的时候

我们就这样做

首先看一下

它对应的齐次方程

它的特征根

就是这个方程的特征方程

大家可以写出来

是λ方加上λ减2等于零

那么我们解这个一元二次方程

我们就会得到它的两个解

一个λ1应该是等于1的

再一个λ2应该是等-2的

这样写出来之后

我们不仅能构造它的通解

关键是

我们还知道

我们右端项里面

这个指数函数部分的这个系数

2 应该不是它的特征根

不是它的特征根的时候

我们就设

这个非齐次方程的一个特解形式

y*应该就等于

一个一般的零次多项式

那就是一个常数

再乘上这个指数因子

也就是e的2x次方

我就假设这

就是这个非齐次方程的一个特解

那 我们要代到原来方程去

所以我们要求它的一阶导

y*

一阶导是两倍的Ae的2x次方

y*它的两阶导

应该就等于4倍的

Ae的2x次方

咱们把y* y*一撇 y*两撇

代到原来这个方程里面去

我们看一下

我们就得到

给它加起来

两阶导加一阶导是个6Ae的2x次方

再减掉一个两倍的y*

所以说

这边就是4Ae的两倍x次方

右端项是e的2x次方

这样我就得到了

这个A应该就等于四分之一

A等四分之一

把A代到这个特解形式里面来

咱们就得到了这个非齐次方程的一个特解

那最后

我就直接写出

这个非齐次方程的通解

它对应的齐次方程的通解是这样子的

C1乘上e的x次方

加上C2乘上e的-2x次方

这是根据特征根直接写出了通解

然后再加上它自己的一个特解

也就是

四分之一倍的e的2x次方

这样我们就得到了

这个简单的二阶线性常系数非齐次方程的通解

所以说

整个求解过程

就用到了前面咱们介绍的

线性常系数齐次方程的特征法

依据线性常系数非齐次方程的

待定系数法

待定系数法

这是第一个例题

第二个例题

我们来看一下

这个题目

也就是y的两阶导

减掉两倍的y的一阶导

再加上y

等于一个四倍的xe的x次方

就这个

这个也是一个简单的

二阶线性常系数非齐次方程

而它的右端项

我们可以看成是一个一次多项式

与一个指数因子相乘的形式

所以说

对这样的方程

求它的非齐次方程的特解

当然也可以用待定系数法

那我们解这个方程

先看一下

它对应的齐次方程

应该就是这个方程

它的特征方程

大家写出来

应该是λ方减掉两倍λ加1等于零

那么

它的特征根

我们也写出来

是λ等1

这是一个重特征根

重特征根

当然

根据特征根的情况

我们可以写出

它对应的齐次方程的通解

另外根据特征根的情况

我们会发现

我们右端项指数因子的

这个

指数上的那个系数正好也是1

这个时候

这个1应该就是它的重特征根

那我们应该怎么设它的特解

我们应该这样设

因为这里那个1是它的重特征根

所以我们就设它的一个特解形式

y*是x平方

接下来

原来是一个一次多项式

所以

我们这个地方

应该写上

ax加上b

一个一般的一次多项式

这面再乘上这个指数因子

所以说

在这个时候

我们构造它的特解的时候

应该是这个地方

平方指的是μ

是它的重特征根

这个一次指的是原来前面就是一个一般的

原来就是一次多项式

所以说

这就是一个一般的一次多项式

指数因子部分

当然还在这

接下来

我们就求它的一阶导

再求它的二阶导

最后

我们把函数一阶导二阶导

往原来这个方程里面一代

我们就可以直接得到这个形式

应该是6ax加上4倍的b

然后

这面是e的x次方

这面等于4倍的e的x次方

那么对应项系数相等

也就是6a应该是x的系数

所以说6a应该是等于4的

这样我们就得到了a应该等于三分之二

4b应该是等零的

所以我们就得到了b等零

有了a b的值

我们自然就把这个特解求出来了

最后

咱们把它的特解写出来

就是这个非齐次方程的通解

先把它对应的齐次方程的通解写出来

应该是C1e的x次方

加上C2x乘上x乘上e的x次方

再加上它的一个特解

一个特解

这个a是三分之二

所以应该是三分之二倍的

这应该是x三次方

e的x次方

因为b是等零的

这就是我们最后得到的

这个非齐次方程的通解形式

在这个时候

那我们设特解的时候

就利用了μ

是原来这个

非齐次方程对应的齐次方程的重特征根

这个特点

我们再看第三个例题

这个方程

现在对这个方程

我们来做这件事情

我们不具体求解它

因为求解的时候

前面两个例子已经给我们说清楚了

我们怎么样

去具体做这个求解过程

对这个方程来说

我们只要求

我们能不能得到它的一个特解形式

就是y*

实际上

这个方程

我们为了设它的特解形式

我们可以考虑这两个方程

一个是y两撇减y等于e的x次方

再一个是y两撇减y等于1

因为根据线性微分方程解的结构

只要我们知道了它的一个特解形式

知道了这个方程的一个特解形式

那么把这两个方程的特解一求和

得到的应该就是我们原来这个微分方程的一个特解

而对这个方程来说

这个系数是1

而它的那个特征根

大家可以做出来

因为它的特征方程是λ方减一等零

它的特征根自然是正负1

也就是说

这个1正好是它的单特征根

因为这个1是它的一个单特征根

所以说

它的一个特解形式

我们用y1*来表示

应该就是x一次方

再乘上一个一般的一次多项式

那就是A再乘上这个指数因子

这应该就是它的一个特解形式

接下来

我们来看这个方程

这个方程的特征根

应该是跟这个方程是一样的

但是这个地方是一个1

我们可以理解成是零次多项式

指数因子

指数

肯定是0的

0不是它的特征根

所以我们来假设

这个方程的一个特解的时候

应该就是这个样子

就是直接就是一个一般的零次多项式

那么这两个一加

所以我们要求的问题

也就是原来这个方程的一个特解

可以写成这个形式

也就是

Axe的x次方再加上B

这个

这就是我们要的结果

实际上

第三个例题

就是想告诉大家

因为我们在处理一般的线性方程的时候

它的右端项不见得只由一项构成

它可能是多项做加减

那这时候

我们一般是根据

线性微分方程解的叠加原理

把右端项拆成单项的

几个微分方程去处理

所以说

待定系数法

只要会处理了多项式乘指数函数的形式

无论是它有几项做加减

我们都可以处理

最后

来说一下

刚才我们把这个

y y* y*两撇代到原来

这个方程时

这个地方做完以后

应该出来的是两倍b

当然做法是一样的

我们还是比较这个

6ax跟4x的这个对应项系数

还是比较这个两倍的b

与这个一次函数的常数项

所以说结论还是

a等三分之二

b等0

微积分——多元函数与重积分课程列表:

第一章 多元函数微分学

-第一节 多元连续函数

--向量的内积与长度-1

--向量的内积与长度-2

--R^n中的点列的收敛性

--内点、外点、边界点-1

--内点、外点、边界点-2

--开集、闭集、区域

--多元函数的有关概念

--二重极限的定义

--二重极限的例题

--二次极限的定义

--连续与一致连续的定义

--连续函数的性质-1

--连续函数的性质-2

--连续函数的性质-3

-第一章 多元函数微分学--第一节练习题

-第二节 多元函数的偏导数

--偏导数的概念

--偏导数的几何意义

--高阶偏导数的概念

--混和偏导数与求导顺序无关的条件

-第一章 多元函数微分学--第二节练习题

-第三节 多元函数的全微分

--全微分的概念

--可微的必要条件

--可微的充分条件

--可微的充要条件

--多元函数的原函数

-第一章 多元函数微分学--第三节练习题

-第四节 多元函数的微分法

--复合函数微分法之一

--复合函数微分法之二

--复合函数求导数(举例)

--隐函数存在定理

--隐函数求导法(举例)

--隐函数组求导法

-第一章 多元函数微分学--第四节练习题

-第五节 多元函数的方向导数与梯度向量

--方向导数的概念

--方向导数的计算

--梯度向量的概念与计算

-第一章 多元函数微分学--第五节练习题

-第六节 映射及其微分

--映射与连续映射的概念

--映射的导数、微分、雅克比矩阵

--复合映射的微分法

-第一章 多元函数微分学--第六节练习题

-第七节 多元函数的泰勒公式(以二元函数为例)

--二元函数有Peano型余项的Taylor公式

--二元函数有Peano型余项的Taylor公式-2

--二元函数带有Lagrange型余项的泰勒公式

-第一章 多元函数微分学--第七节练习题

第二章 多元函数微分学应用

-第一节 多元函数微分学的几何应用

--空间曲线的切线与法平面(之一)

--空间曲线的切线与法平面(之二)

--空间曲线的切线与法平面问题举例

--曲面的切平面与法线(之一)

--曲面的切平面与法线(之二)

--曲面的切平面与法线(之三)

--曲面的切平面与法线问题举例

-第二章 多元函数微分学应用--第一节练习题

-第二节 多元函数的极值

--极值点的概念和必要条件

--极值点的判别法

--极值问题举例

-第二章 多元函数微分学应用--第二节练习题

-第三节 多元函数的条件极值

--二元函数条件极值问题的提法

--三元函数条件极值问题的提法(之一)

--三元函数条件极值问题的提法(之二)

--条件极值问题的直接解法

--条件极值问题的Lagrange解法

--条件极值问题举例

--多元函数在有界闭域上的最值

--最小二乘法

-第二章 多元函数微分学应用--第三节练习题

第三章重积分

-第一节 二重积分的概念和性质

--二重重积分引入

--二重积分定义

--二重积分性质

--关于二重积分性质的例题

-第二节 二重积分的计算

--二重积分的计算:直角坐标系(1)

--二重积分的计算:直角坐标系(2)

--二重积分的计算:直角坐标系(3)

-第三章重积分--第二节练习题

-第三节 极坐标系及一般坐标系

--极坐标系

--一般坐标系

--二重积分的一般坐标变换公式

--二重积分的计算:极坐标系

--二重积分的计算:极坐标系例题

--二重积分的计算:一般坐标系例题

-第三章重积分--第三节练习题

-第四节 三重积分

--三重积分的引入

--三重积分的定义

--三重积分的性质

--直角坐标系

--三重积分的计算:例题(1)

--三重积分的计算:例题(2)

--空间坐标变换

--空间柱坐标系

--空间柱坐标系例题(1)

--空间柱坐标系例题(2)

--球坐标系

--球坐标系例题

-第三章重积分--第四节 练习题

-第五节 第一类曲线积分

--第一类曲线积分的引入

--第一类曲线积分的定义

--第一类曲线积分的性质

--第一类曲线积分的计算公式

--第一类曲线积分的计算例题

-第三章重积分--第五节 练习题

-第六节 第一类曲面积分

--第一类曲面积分的引入

--第一类曲面积分的定义

--第一类曲面积分的性质

--第一类曲面积分的计算公式

--第一类曲面积分的计算例题(1)

--第一类曲面积分的计算例题(2)

-第三章重积分--第六节 练习题

-第七节 含参变量积分

--含参定积分的定义

--含参积分的连续性

--含参积分的导数

--含参积分的例题

-- 广义含参积分的一致收敛性

--广义含参积分的连续性和积分导数

-第三章重积分--第七节 练习题

第四章 向量分析

-第一节 第二类曲线积分

--第二类曲线积分的引入

--第二类曲线积分的定义

--第二类曲线积分的性质第二类曲线积分的性质

--第二类曲线积分的性质

-第四章 向量分析--第一节 练习题

-第二节 Green公式及其应用

--平面第二类曲线积分:Green公式

--平面第二类曲线积分的计算:利用Green 公式

-第四章 向量分析--第二节 练习题

-第三节 第二类曲面积分

--曲面的定向

--第二类曲面积分的引入

--第二类曲面积分的定义与性质

--第二类曲面积分的计算

-第四章 向量分析--第三节 练习题

-第四节 Gauss公式与Stokes公式

--Gauss公式

--第二类曲面积分的计算:Gauss公式

--Stokes公式及其应用

-第四章 向量分析--第四节 练习题

-第五节 无源场,保守场与调和场

--平面保守场

--势函数及其计算

--空间保守场

--常见的场

-第四章 向量分析--第五节 练习题

第五章 常微分方程

-第一节 微分方程的基本概念

--微分方程概念举例

--微分方程的基本概念

--一阶微分方程定解问题解的存在唯一性

-第二节 可求解的一阶微分方程(初等积分法)

--变量分离方程

--齐次型方程

--可化为齐次型方程的方程

--一阶线性微分方程的概念和解的性质

--一阶线性微分方程的解法

--Bernoulli方程

--可降阶方程(之一)

--可降阶方程(之二)

-第五章 常微分方程--第二节 练习题

-第三节 高阶线性微分方程解的结构

--线性微分方程解的性质

--函数组线性相关(无关)的概念

--函数组线性相关的必要条件

--线性微分方程解函数组线性相关的判别法

--线性微分方程解的结构

-第五章 常微分方程--第三节 练习题

-第四节 高阶线性常系数微分方程

--视频5--17 二阶线性齐次微分方程的特征法

--n阶线性齐次微分方程的特征法

-- 线性齐次微分方程的特征法举例

--二阶线性常系数非齐次微分方程的待定系数法

--二阶线性常系数非齐次微分方程的待定系数法(之一)举例

--二阶线性常系数非齐次微分方程的待定系数法(之二)

--二阶线性常系数非齐次微分方程的待定系数法(之二)举例

--二阶线性常系数非齐次微分方程的变动任意常数法

--二阶线性微分方程的变动任意常数法

--二阶线性微分方程的变动任意常数法(之二)

--欧拉方程

--欧拉方程举例

-第五章 常微分方程--第四节 练习题

二阶线性常系数非齐次微分方程的待定系数法(之一)举例笔记与讨论

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