高等数学12常系数非齐次线性微分方程.ppt

1,常系数非齐次线性微分方程,第九节,一、,二、,2,二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,3,一、,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,4,(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,5,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,6,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,7,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,8,于是所求解为,解得,9,综上讨论,10,特别地,11,二、,12,第一步,利用欧拉公式将 f(x)变形,13,14,第二步 求如下两方程的特解,则 有特解:,为方程 的特解.,15,等式两边取共轭:,为方程 的特解.,这因为,16,第三步 原方程的特解,整理一下:,是下面原方程的一个解,根据叠加原理,17,均为 m 次多项式.,均为 m 次实多项式,18,例如：,均为 m 次实多项式,19,因为,均为 m 次实,多项式.,本质上为实函数,分析,均为 m 次实多项式,20,二、,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,21,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.,22,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,23,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,24,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:,25,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.,26,思考与练习,时可设特解为,时可设特解为,提示:,1.(填空)设,27,2.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,28,3.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,29,解,对应齐次方程通解,特征方程,特征根,代入方程,得,原方程通解为,练习,30,解,对应齐方通解,作辅助方程,代入上式,所求非齐方程特解为,原方程通解为,（取虚部）,练习,31,解,对应齐方通解,用常数变易法求非齐方程通解,原方程通解为,练习,32,作业,P317 1(1),(4),(6),(10);2(2),(4)，(5);6,33,思考题,写出微分方程,的待定特解的形式.,34,思考题解答,设 的特解为,设 的特解为,则所求特解为,特征根,（重根）,