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二阶线性常系数非齐次微分方程的待定系数法(之二)举例在线视频

二阶线性常系数非齐次微分方程的待定系数法(之二)举例

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二阶线性常系数非齐次微分方程的待定系数法(之二)举例课程教案、知识点、字幕

好 我们已经介绍了

当右端项是多项式 指数因子

和是正弦或者余弦函数相乘时

我们怎么样设

这个非齐次方程的一个特解形式

接下来我们就看几个具体的例题

第一个例题

我们来求解一下这个方程

y''+y=xcos2x 那这就是一个

右端项是多项式

乘上cos2x的形式

在这里边 那个指数因子

我们当然可以理解成

他的指数是0次方 0次方

那我们解这个方程时

先来看看他对应的齐次方程

也就是y‘’+y=0

他的特征方程

应该是λ^2+1=0

所以说他的特征根

应该就是λ=±i ±i

有了这个特征根

一方面 我们可以写出

对应的齐次方程的通解形式

另外一个方面

我们可以根据这个右端项

得到的那个α+iβ

与这个λ的关系

来设他的特解形式

因为我们的α是=0的

β是等2的

所以说α+iβ并不是特征根

这时候我们就设

一个特解形式是这样子的

y*这里面他不是特征根

所以说x的0次方就是1

指数因子也是1

所以我们直接就看

我们应该假设一个一般的

一次多项式乘上cos2x

再加上一个一般的一次多项式

再乘上sin2x

也就是根据前面我们介绍的

一般的设特解的方式

接下来我们为了确定这里面的

待定参数a1b1a2b2

我们需要把这个函数

代到原来的方程里边去

所以说我们先求他的一阶导

这个部分求导就是a1 他不动

也就是cos2x

这个括号不要

再加上这一部分不动

这个求导应该是-2sin2x

这个求导他不动

也就是加上a2sin2x

这个不动 后面这个求导

也就是(a2x+b2)

这面是乘上一个2cos2x

这一阶导数求出来

我们直接求二阶导数

二阶导数我们先看一下

就是这个求导

当然就是-2a1sin2x

我们第二项求导

第二项求导 就是这个求导

后面不动

那应该是减掉一个2a1sin2x

前面这一部分不动

后面这个求导

a1x+b1 这一个

应该乘上-4cos2x

这是前面这两项求导就完成了

接下来下面的

应该是+2a2cos2x

这面是再+2a2cos2x

这面再加上(a2x+b2)

这个求导是个(-4sin2x)

这样我们就把

二阶导数也做出来了

那我们知道

他的两阶导数再加上这个函数

我们看一下

就是以cos2x和sin2x做公因子

我们来合并

那么cos2x前面的系数应该是什么

再先看这个两阶导数这个地方

这有一个2a2 这里有一个2a2

所以这应该是4a2

在这个地方应该还有一个-4a1x-4b1

所以这是下面cos2x的系数

而在这个函数里面

应该是再加上a1x+b1

这就是cosx cos2x

类似的sin2x 他的系数

咱看一下

我们先看二阶导数这个地方

这里有个-2a1 -2a1 所以-4a1

然后这个地方有一个-4a2x-4b2

在原来函数里面

这面应该是再加上a2x+2

这就是这两个加起来之后

得到的表达式

最后他应该等于他的右端项

是=xcos2x

那么这两个要相等的时候

应该是cos2x他的系数要相等

也就是说这个中括号里面的东西

应该等于x

那我们看一下

等于x对应项系数相等

得出来应该是什么东西

也就是x的系数

这里应该是个-3a1

他应该是等于这面x的系数

所以=1的 常数项

这面应该有一个2 2倍的 4倍的a2

这里还有一个-3b1

他应该=0的

另外右端项没有sin2x

这意味着左边这个sin2x

前边这个系数应该是恒等0的

恒等0这就是个一次多项式恒等0

那么他的系数都应该等0

也就是-3a2 x的系数应该等0

常数项在这个地方

应该是个-4a1-3b2也应该=0

这样我们就知道

我们得到a1是等于-1/3

我们的a2应该是=0的

a2=0我们就会得到

b1也等0

接下来 我们看一下

a1是一个-1/3

那么我们就会推出

我们的b2实际上是4/9 4/9

这样我们就得到了

我们四个待定系数的值

最后我们看一下

这个方程的通解是什么

他的通解yx

对应的齐次方程的通解

应该是c1cosx+c2sinx

因为我们是从他的特征根

构造出来的通解

而他的特解

我们刚才是假设的是这种形式

其中a1是-1/3

所以说这面应该是-1/3xcos2x

因为我们的b1是=0的

接下来a2是=0的 b2是=4/9的

所以应该是加上4/9sin2x

这就是我们利用待定系数法设特解

求待定系数的一个完整过程

这是第一个例子

接下来我们看第二个例子

也就是我们来看一下

这个方程他的解的情况

当然这个方程

跟我们第一个例子中的

方程对应的齐次方程是一样的

所以特征根我们就不再重复了

我们直接把他对应的齐次方程的特征根放到这

接下来我们要设特解的时候

我们应该是把他处理成两个方程

第一个y‘’+y=x

他的一个特解

我用y*来表示

大家看 因为这是多项式

成指数函数的形式

指数因子是 方次当成0

0不是他的特征根

所以这个时候

我们来设这个特解的时候

直接就写成y*=ax+b +b

最后咱们把这个y*

和他的两阶导数

实际就是0

代到这个方程里面来

我们直接就得到了

a实际是等1的

b是等0的 b=0

所以他的一个特解实际就是x

另外我们还需要看一下

这个方程 也就是y''+y=cosx

因为他的对应的

齐次方程的一个特征根就是i

而这边我们的α是=0 β是=1的

所以我们的α+iβ也是i

也就是说这时候他应该是个单根

那么我们设他的特解形式

用y2*来表示

他是个单根

所以这面一定有一个x的一次方

指数因子是1

而里面就是说

原来是一个0次多项式

所以我们就可以写

Acosx+Bsinx

也就是说他的一个特解形式

应该是这个样子

他的一阶导

也就是y2*一阶导

咱先看前面就是

他求导他不动

就是Acosx

再加上他不动他求导

就是减掉Axsinx

第二部分求导

就是前面这一个

求导他不动

也就是加上Bsinx

再一个前面不动后面求导

也就是加上Bxcosx

一阶导求完了

二阶导 他的二阶导

这面就是-Asinx

这面再减掉一个Asinx

再减掉Axcosx

这是这一项 两个

求导之后的两项

这面再加上一个Bcosx

这面一求导

又出来一个Bcosx

最后再-Bxsinx

那么两阶导和函数加起来

我们看看就是得到什么东西

两阶导加上这个函数

我们仍然以cosx和sinx做公因子

咱们看他cos的系数应该是

这里一个-Ax 这里一个2B

所以说-Ax+2B

这里还一个cos

也就是再加上AX

这应该就是余弦的系数

再加上正弦的系数

正弦的系数

这里有一个-2A

这个地方应该有一个-Bx

也就是-2A-Bx

正弦这里还有一个+Bx

这是sinx

他应该等于原来的右端项

他应该等于cosx

实际上这样一做的时候

大家会发现这个系数应该等0

而这个系数是等于-2A

所以A就=0

还有 这个系数应该=1

这个系数是=2B

所以B应该等于1/2

最后我们往这一代

A=0 B=1/2

所以应该就是1/2倍的xsinx

那么这两个方程的特解

我们求出来之后

我们这一个方程的通解

我们是就可以这样写出来了

y就等于c1cosx+c2sinx+x+1/2xsinx

最后这个表达式

就是我们要求的这一个

非齐次微分方程的通解

我想这是我们的第二个例题

好 接下来我们看第三个例题

也就是我们考虑这个方程

两阶导加上2倍的一阶导减掉3y

等于3e^x-sin2x+e^xcosx

对于这个方程

现在我们做这件事情

我们能不能把这个方程的

一个特解形式给设出来

也就是说

我们不求解

只要把他的特解形式给定出来就可以了

那定这个的时候

首先大家要看一下

他对应的齐次方程的特征根是什么

也就是说我要看一看

这个特征方程的解

这个特征方程的解

这个特征方程的解

大家可以直接给他解出来

解出来应该就是一个

λ=1 还有一个λ应该=-3

等于-3

这样我们写出来之后

我们要分成三个非齐次方程来看

这三个的右端项

分别是3倍的e的x平方

3倍的e的x次方

还有一个sin2x

还有一个是e的x次方cos2x

那对第一个方程来说

大家看一下

因为这个λ=1

所以说这个系数实际是一个单根的

那么他对应的特解形式应该是

x乘上这个地方

应该有一个一般的0次多项式

就是A 再乘上e^x

所以说第一项对应的特解形式

应该就是这个样子

接下来我们看第二项

第二项 因为他的两个特征根都是实数

所以说不可能是复数

不可能是复数的时候

我们设他的特解的形式的时候

应该就是这个样子

就是加上一个前面

指数因子是1 x的0次方

所以这里面应该是写一个

就是这样子的

一个一般的0次多项式

我就用B来表示

乘上cos2x 再加上

另外一个一般的0次多项式

我用C来表示

是个sin2x

这就是第二项

第三项 我们来处理的时候

实际上

因为他的两个特征根都是实数

也不可能是复数

所以我们在写的时候

就应该是写上x的0次方是1

指数因子是x e的x次方

这里面应该是

一个一般的0次多项式

我用E来表示

然后乘上cos2x

再加上另外一个

一般的一次多项式

我用F来表示

再乘上sin2x

所以说

最后我们这个方程的特解形式

应该是由这么三个部分构成

而每一部分

我们都是根据

前面介绍过的

右端项是多项式乘指数函数

或者是多项式乘指数函数

乘正弦或者是余弦函数

我们来给他把特解形式定出来的

这是关于右端项是特殊函数时

我们要介绍的

二阶线性常系数非齐次方程

他特解的所谓待定系数法

也就是说根据右端项的形式

我们要先把特解形式设出来

最后代到原方程里面去

把需要求的系数

通过解线性方程

或者线性方程组的形式

给他做 得到

最后得到他的通解

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(之二)举例笔记与讨论

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