高等数学课件微分方程D129常系数非齐次微分方程.ppt
2023/10/20,高等数学课件,常系数非齐次线性微分方程,机动 目录 上页 下页 返回 结束,第九节,一、,二、,第十二章,2023/10/20,高等数学课件,二阶常系数线性非齐次微分方程:,根据解的结构定理,其通解为,求特解的方法,根据 f(x)的特殊形式,的待定形式,代入原方程比较两端表达式以确定待定系数.,待定系数法,机动 目录 上页 下页 返回 结束,2023/10/20,高等数学课件,一、,为实数,设特解为,其中 为待定多项式,代入原方程,得,(1)若 不是特征方程的根,则取,从而得到特解,形式为,为 m 次多项式.,Q(x)为 m 次待定系数多项式,机动 目录 上页 下页 返回 结束,2023/10/20,高等数学课件,(2)若 是特征方程的单根,为m 次多项式,故特解形式为,(3)若 是特征方程的重根,是 m 次多项式,故特解形式为,小结,对方程,此结论可推广到高阶常系数线性微分方程.,即,即,当 是特征方程的 k 重根 时,可设,特解,机动 目录 上页 下页 返回 结束,2023/10/20,高等数学课件,例1.,的一个特解.,解:本题,而特征方程为,不是特征方程的根.,设所求特解为,代入方程:,比较系数,得,于是所求特解为,机动 目录 上页 下页 返回 结束,2023/10/20,高等数学课件,例2.,的通解.,解:本题,特征方程为,其根为,对应齐次方程的通解为,设非齐次方程特解为,比较系数,得,因此特解为,代入方程得,所求通解为,机动 目录 上页 下页 返回 结束,2023/10/20,高等数学课件,例3.求解定解问题,解:本题,特征方程为,其根为,设非齐次方程特解为,代入方程得,故,故对应齐次方程通解为,原方程通解为,由初始条件得,机动 目录 上页 下页 返回 结束,2023/10/20,高等数学课件,于是所求解为,解得,机动 目录 上页 下页 返回 结束,2023/10/20,高等数学课件,二、,第二步 求出如下两个方程的特解,分析思路:,第一步 将 f(x)转化为,第三步 利用叠加原理求出原方程的特解,第四步 分析原方程特解的特点,机动 目录 上页 下页 返回 结束,2023/10/20,高等数学课件,第一步,利用欧拉公式将 f(x)变形,机动 目录 上页 下页 返回 结束,2023/10/20,高等数学课件,第二步 求如下两方程的特解,是特征方程的 k 重根(k=0,1),故,等式两边取共轭:,为方程 的特解.,设,则 有,特解:,机动 目录 上页 下页 返回 结束,2023/10/20,高等数学课件,第三步 求原方程的特解,利用第二步的结果,根据叠加原理,原方程有特解:,原方程,均为 m 次多项式.,机动 目录 上页 下页 返回 结束,2023/10/20,高等数学课件,第四步 分析,因,均为 m 次实,多项式.,本质上为实函数,机动 目录 上页 下页 返回 结束,2023/10/20,高等数学课件,小 结:,对非齐次方程,则可设特解:,其中,为特征方程的 k 重根(k=0,1),上述结论也可推广到高阶方程的情形.,机动 目录 上页 下页 返回 结束,2023/10/20,高等数学课件,例4.,的一个特解.,解:本题,特征方程,故设特解为,不是特征方程的根,代入方程得,比较系数,得,于是求得一个特解,机动 目录 上页 下页 返回 结束,2023/10/20,高等数学课件,例5.,的通解.,解:,特征方程为,其根为,对应齐次方程的通解为,比较系数,得,因此特解为,代入方程:,所求通解为,为特征方程的单根,因此设非齐次方程特解为,机动 目录 上页 下页 返回 结束,2023/10/20,高等数学课件,例6.,解:(1)特征方程,有二重根,所以设非齐次方程特解为,(2)特征方程,有根,利用叠加原理,可设非齐次方程特解为,设下列高阶常系数线性非齐次方程的特解形式:,机动 目录 上页 下页 返回 结束,2023/10/20,高等数学课件,例7.,求物体的运动规律.,解:问题归结为求解无阻尼强迫振动方程,当p k 时,齐次通解:,非齐次特解形式:,因此原方程之解为,第七节例1(P294)中若设物体只受弹性恢复力 f,和铅直干扰力,代入可得:,机动 目录 上页 下页 返回 结束,2023/10/20,高等数学课件,当干扰力的角频率 p 固有频率 k 时,自由振动,强迫振动,当 p=k 时,非齐次特解形式:,代入可得:,方程的解为,机动 目录 上页 下页 返回 结束,2023/10/20,高等数学课件,若要利用共振现象,应使 p 与 k 尽量靠近,或使,随着 t 的增大,强迫振动的振幅,这时产生共振现象.,可无限增大,若要避免共振现象,应使 p 远离固有频率 k;,p=k.,自由振动,强迫振动,对机械来说,共振可能引起破坏作用,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,如收音机的调频放大即是利用共振原理.,机动 目录 上页 下页 返回 结束,2023/10/20,高等数学课件,内容小结,为特征方程的 k(0,1,2)重根,则设特解为,为特征方程的 k(0,1)重根,则设特解为,3.上述结论也可推广到高阶方程的情形.,机动 目录 上页 下页 返回 结束,2023/10/20,高等数学课件,思考与练习,时可设特解为,时可设特解为,提示:,1.(填空)设,机动 目录 上页 下页 返回 结束,2023/10/20,高等数学课件,2.求微分方程,的通解(其中,为实数).,解:特征方程,特征根:,对应齐次方程通解:,时,代入原方程得,故原方程通解为,时,代入原方程得,故原方程通解为,机动 目录 上页 下页 返回 结束,2023/10/20,高等数学课件,3.已知二阶常微分方程,有特解,求微分方程的通解.,解:将特解代入方程得恒等式,比较系数得,故原方程为,对应齐次方程通解:,原方程通解为,机动 目录 上页 下页 返回 结束,2023/10/20,高等数学课件,作业,P317 1(1),(5),(6),(10);2(2),(4);3;6,习题课2 目录 上页 下页 返回 结束,
