二阶微分方程

二阶微分方程

方  程  类  型

求 解 方 法 及 通 解

1.常系数二阶齐次方程

式中   a,b为实常数

令y=eλx,代入原方程,得到特征方程

λ2+aλ+b=0

其根为λ1,λ2

(1)λ1≠λ2(实根)  通解  y=C1eλ1x+C2eλ2x    C1,C2是任意常数(下同)

(2)λ1=λ2  通解  y=(C1+C2x)eλ1x

(3)λ1=a+βi,λ2=a-βi  通解  y=eax(C1cosβx+C2sinβx)

2.常系数二阶非齐次方程

式中   a,b为常数

f(x)≠0

通解 y=yc+yp

式中 yc为对应的齐次方程的通解,求解方法见型1。yp为方程的特解,可用待定系数法求得

(1)如f(x)=Pn(x)eλx,式中Pn(x)为n次多项式

特解 (a) λ不是特征根   yp=Qn(x)eλx

(b) λ是单特征根   yp=xQn(x)eλx

(c) λ是重特征根   yp=x2Qn(x)eλx

(2)如f(x)=Pn(x),相当于(1)中λ=0,求解方法与(1)相同

(3)如f(x)=keλx,相当于(1)中Pn(x)=k,求解方法与(1)相同,(k,λ为常数)

(4)如f(x)=keaxcosβx,leaxsinβx或eax(kcosβx+lsinβx)

式中  k,l,a,β为常数

特解 (a) a±βi不是特征根

yp=eax(Acosβx+βsinβx)

(b) a±βi是特征根

yp=xeax(Acosβx+βsinβx)

式中  A,B为待定系数