常系数非齐次线性微分方程(IV).ppt

1,5.8 常系数非齐次线性微分方程,小结 思考题 作业,非齐次,第5章 微分方程,2,方程,对应齐次方程,通解结构,难点,方法,二阶,常系数,非齐次,线性,如何求非齐次方程特解?,待定系数法.,3,求导代入原方程,设非齐次方程特解为,4,综上讨论设非齐次方程特解为,上述结论可推广到n阶常系数非齐次线性,微分方程(k是重根次数).,不是特征方程根,是特征方程的单根,是特征方程的二重根,5,解,对应齐次方程通解,特征方程,特征根,例,(1)求对应齐次方程的通解,(2)求非齐次方程的特解,此题,其中,?,所以,6,代入方程,得,原方程通解为,所以,7,二阶常系数非齐次线性微分方程,的通解为,练习,考研数学一,4分,设,对应齐次方程通解,特征方程,特征根,(1)求对应齐次方程的通解,(2)求非齐次方程的特解,解,代入方程,得,原方程通解为,8,提示,根椐线性微分方程的性质,可先求方程,和,的特解,两个解的和就是原方程的特解.,特解.,考研数学一,3分,9,解,对应齐次方程通解,特征方程,特征根,(1)求对应齐次方程的通解,此题,例,考研数学(一,二,三)8分,二阶常系数线性非齐次方程,的切线重合,求函数y的解析表达式.,10,(2)求非齐次方程的特解,解得,所以,(3)求原方程的特解,即,特征根,原方程通解为,(求函数y的解析表达式),将点(0,1)的坐标代入通解,得,11,由题意,得,即,联立,将之代入通解得,所以,函数y的解析表达式为,12,若二阶常系数线性齐次微分方程,的通解为,练习,考研数学一,填空,4分,所以,故,特征根,的解为,设特解为,解,所以,所求,则非齐,次方程,满足条件,特征方程,微分方程为,得,特解,得,所以,13,欧拉公式,14,欧拉公式,所以,m次多项式,上述结论可推广到n阶常系数非齐次,线性微分方程.,15,解,例,(1)求对应齐次方程,特征根,其通解,这是二阶常系数非齐次线性方程.,且,特征方程,的通解,16,(2)求非齐次方程,故设,代入方程,比较系数.得,这里,特征根,非齐次方程特解为,是特征根.,原方程通解为,的特解.,17,考研(数学一,二,三)7分,解,两端再对x求导,得,积分方程,微分方程,积分方程,即,即,这是二阶常系数非齐次线性方程.,练习,其中 f 为连续函数,求f(x).,18,即,即,初始条件,初始条件,19,其通解,(1)对应齐次方程,特征方程,特征根,(2)设原方程的特解为,解得,则,方程的通解为,由初始条件,得,所以,初始条件,是特征根.,20,练习,考研数学二,4分,微分方程,的特解形式可设为,特征根,特征方程,解,21,例,求物体的运动规律.,解,齐次方程,在第5.6节“二阶线性微分方程举例”的,若设物体只受弹性恢复力 f 和铅直干扰力,例子中,问题归结为求解无阻尼强迫振动方程,令,的通解为,22,非齐次特解形式为,因此原方程()的通解为,代入()可得,于是,自由振动,强迫振动,23,当干扰力的角频率 p 固有频率 k 时,自由振动,强迫振动,非齐次方程特解形式,代入()可得,方程()的解为,24,与k 尽量靠近,随着 t 的增大,强迫振动的振幅,这就发生所谓共振现象.,可无,若要避免共振现象,应使干扰力的角频率p,自由振动,强迫振动,对机械来说,共振可能,如桥梁被破坏,电机机座被破坏等,但对电磁振荡来说,共振可能起有利作用,机的调频放大即是利用共振原理.,远离固有频率 k;,反之,若要利用共振现象,应使 p,或使,引起破坏作用,如收音,限增大,25,三、小结,待定系数法,26,思考题,考研(数学一,二)5分,解,对应齐次方程通解,特征方程,特征根,(1)求对应齐次方程的通解,此题,其中,(0次多项式),(二重),其中a为实数.,27,(2)求非齐次方程的特解,且,所以,原方程通解为,特征根,不是特征根.,代入方程,设特解,得,28,所以,原方程通解为,特征根,是二重特征根.,代入方程,得,(二重),29,综上所述,30,作 业,习题5.8(193页),