高等數(shù)學(xué)77常系數(shù)齊次線性微分方程特征根方程解的情況的討論ppt課件

1、一、定義一、定義)(1)1(1)(xfyPyPyPynnnn n階常系數(shù)線性微分方程的規(guī)范方式階常系數(shù)線性微分方程的規(guī)范方式0 qyypy二階常系數(shù)齊次線性方程的規(guī)范方式二階常系數(shù)齊次線性方程的規(guī)范方式)(xfqyypy 二階常系數(shù)非齊次線性方程的規(guī)范方式二階常系數(shù)非齊次線性方程的規(guī)范方式7. 常系數(shù)齊次線性微分方程常系數(shù)齊次線性微分方程二、二階常系數(shù)齊次線性方程解法二、二階常系數(shù)齊次線性方程解法-特征方程法特征方程法,rxey 設(shè)設(shè)將其代入上方程將其代入上方程, 得得0)(2 rxeqprr, 0 rxe故有故有02 qprr特征方程特征方程,2422,1qppr 特征根特征根0 qyypy

2、(1) (1) 有兩個(gè)不相等的實(shí)根有兩個(gè)不相等的實(shí)根,2421qppr ,2422qppr ,11xrey ,22xrey 兩個(gè)線性無關(guān)的特解兩個(gè)線性無關(guān)的特解得齊次方程的通解為得齊次方程的通解為;2121xrxreCeCy )0( 特征根為特征根為(2) (2) 有兩個(gè)相等的實(shí)根有兩個(gè)相等的實(shí)根,11xrey ,221prr )0( 一特解為一特解為得齊次方程的通解為得齊次方程的通解為;)(121xrexCCy 代入原方程并化簡(jiǎn)，代入原方程并化簡(jiǎn)，將將222yyy , 0)()2(1211 uqprrupru, 0 u知知,)(xxu 取取,12xrxey 則則,)(12xrexuy 設(shè)設(shè)另

3、另一一特特解解為為特征根為特征根為(3) (3) 有一對(duì)共軛復(fù)根有一對(duì)共軛復(fù)根,1 ir ,2 ir ,)(1xiey ,)(2xiey )0( 重新組合重新組合)(21211yyy ,cos xex )(21212yyiy ,sin xex 得齊次方程的通解為得齊次方程的通解為).sincos(21xCxCeyx 特征根為特征根為定義定義 由常系數(shù)齊次線性方程的特征方程的根由常系數(shù)齊次線性方程的特征方程的根確定其通解的方法稱為特征方程法確定其通解的方法稱為特征方程法. .044的通解的通解求方程求方程 yyy解解特征方程為特征方程為,0442 rr解得解得,221 rr故所求通解為故所求通解

4、為.)(221xexCCy 例例1 1.052的的通通解解求求方方程程 yyy解解特征方程為特征方程為,0522 rr解得解得,2121ir ，故所求通解為故所求通解為).2sin2cos(21xCxCeyx 例例2 2三、三、n階常系數(shù)齊次線性方程解法階常系數(shù)齊次線性方程解法01)1(1)( yPyPyPynnnn特征方程為特征方程為0111 nnnnPrPrPr特征方程的根特征方程的根通解中的對(duì)應(yīng)項(xiàng)通解中的對(duì)應(yīng)項(xiàng)rk重重根根若若是是rxkkexCxCC)(1110 ik 復(fù)復(fù)根根重重共共軛軛若若是是xkkkkexxDxDDxxCxCC sin)(cos)(11101110 假設(shè)是單根假設(shè)是

5、單根r,rxCe留意留意n次代數(shù)方程有次代數(shù)方程有n個(gè)根個(gè)根, 而特征方程的每一個(gè)而特征方程的每一個(gè)根都對(duì)應(yīng)著通解中的一項(xiàng)根都對(duì)應(yīng)著通解中的一項(xiàng), 且每一項(xiàng)各一個(gè)且每一項(xiàng)各一個(gè)恣意常數(shù)恣意常數(shù).nnyCyCyCy 2211特征根為特征根為, 154321irrirrr 故所求通解為故所求通解為.sin)(cos)(54321xxCCxxCCeCyx 解解, 01222345 rrrrr特征方程為特征方程為, 0)1)(1(22 rr.022)3()4()5(的的通通解解求求方方程程 yyyyyy例例3 3小小 結(jié)結(jié)二階常系數(shù)齊次微分方程求通解的普通步驟二階常系數(shù)齊次微分方程求通解的普通步驟:1

6、寫出相應(yīng)的特征方程寫出相應(yīng)的特征方程;2求出特征根求出特征根;3根據(jù)特征根的不同情況根據(jù)特征根的不同情況,得到相應(yīng)的通解得到相應(yīng)的通解. (見下表見下表)02 qprr0 qyypy 特特征征根根的的情情況況 通通解解的的表表達(dá)達(dá)式式實(shí)實(shí)根根21rr 實(shí)實(shí)根根21rr 復(fù)復(fù)根根 ir 2, 1xrxreCeCy2121 xrexCCy2)(21 )sincos(21xCxCeyx 思索題思索題求微分方程求微分方程 的通解的通解. yyyyyln22 思索題解答思索題解答, 0 y ,ln22yyyyy ,ln yyy ,lnyyyx ,lnlnyy 令令yzln 那么那么, 0 zz特征根特征

7、根1 通解通解xxeCeCz 21.ln21xxeCeCy 求求 的通解的通解. yyyyyln22 一一、 求求下下列列微微分分方方程程的的通通解解: : 1 1、04 yy； 2 2、02520422 xdtdxdtxd； 3 3、0136 yyy； 4 4、0365)4( yyy. .二、二、 下列微分方程滿足所給初始條件的特解下列微分方程滿足所給初始條件的特解: : 1 1、0,2,04400 xxyyyyy； 2 2、3,0,013400 xxyyyyy. .三、三、 求作一個(gè)二 階常系數(shù) 齊次線性微分方程求作一個(gè)二 階常系數(shù) 齊次線性微分方程, ,使使3,2,1 xxxeee都是它的解都是它的解 . .四、四、 設(shè)圓柱形浮筒設(shè)圓柱形浮筒, ,直徑為直徑為m5 . 0, ,鉛直放在水中鉛直放在水中, ,當(dāng)稍當(dāng)稍向下壓后突 然放開向下壓后突 然放開, ,浮筒 在水中上 下振動(dòng)的浮筒 在水中上 下振動(dòng)的s2周周期期為為, ,求浮筒的質(zhì)量求浮筒的質(zhì)量 . .練練 習(xí)習(xí) 題題練習(xí)題答案練習(xí)題答案一、一、1 1、xeCCy421 ； 2 2、tetCCx2521)( ； 3 3、)2sin2cos(213xCxCeyx ； 4 4、xCxCeCeCyxx3sin3cos43222