第四章n阶线性微分方程.pptVIP

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??? 的通解. ???解 容易看出,已知方程有特解y1=x.此处 , 根据公式(4.18),立刻可以求得通解 ?????????????????????? ???????????????????????? ???????????????????????? ???????????????????????? ?4.1.3 n 阶线性非齐次微分方程的一般理论 ????由于n 阶非齐次方程(4.5)等价于一阶非齐次方程组(4.7),于是由第三章的定理3.10,我们有下面的 ????定理4.7 n 阶线性非齐次方程(4.5)的通解等于它的对应齐次方程的通解与它本身的一个特解之和. ????由此可见,求(4.5)的通解问题,就归结为求(4.5)的一个特解和对应齐次方程的一个基本解组的问题了. ????和一阶非齐次线性微分方程组一样,对于非齐次方程(4.5),也能够由对应齐次方程的一个基本解组求出它本身的一个特解,即常数变易法.具体作法如下. 设 是(4.5)的对应齐次方程的n个线性无关解,则函数 ??????????????????????????y = C1y1+C2y2+…+Cn yn 是(4.5)的对应齐次方程的通解,其中C1,C2,…,Cn是任意常数. ????现在设一组函数 ,使 ?????????????????????? ??????????(4.19) 成为非齐次方程(4.5)的解 ?由非齐次方程(4.5)与一阶非齐次方程组(4.7)的等价关系和第三章的(3.18)式,可知, , ,满足下面的非齐次方程组 ?????????? = 它是关于变量 的线性代数方程组,由于它的系数行列式恰是齐次方程的n个线性无关解的朗斯基行列式W(x),故它恒不为零,因此,上述方程组关于 有唯一解.解出后再积分,并代入到(4.19)中,便得到(4.5)的一个特解. ?例5 求非齐次方程 ???????????????????????????? 的通解. 解 由例3知 , 是对应齐次方程的线性无关解,故它的通解为 ????????????????????????? 现在求已知方程形如 ??????????????????????? 的一个特解.由关系式(4.20), 满足方程组 ?????????????????????? = 或写成纯量方程组 ????????????????????? 解上述方程组,得 ??????????????????????? , 积分得 ??????????????????????? , 故已知方程的通解为 ????????????????????y=C1cosx+C2sinx+cosxln|cosx|+ xsinx ?本讲要点: ????1.n 阶线性方程(4.5)与一阶线性方程组(4.7)的等价关系. ????2.n 阶线性方程(4.5)解的存在区间的特殊性. ????3.通过(4.5)与(4.7)的等价关系得到n阶线性方程(4.5)解的线性似性质,通解结构定理以及解与系数的关系一刘维尔公式. ????4.非齐次通解结构定理及常数变易法. 6.常数 ? 4.2 n 阶常系数线性齐次方程解法 ????本节只讨论常系数线性齐次方程 ??????????????????????y^n+a_1y^(n-1)+…+a_n-1y′+a_ny = 0 ?????????(4.21) 的求解问题,这里a_11,a_2,…,a_n为实常数.由定理4.3,我们知道(4.21)的求解问题归结为求其基本解组即可.虽然对于一般的线性齐次微分方程,人们至今没有找到一个求其基本解组的一般方法,但是对于方程(4.21),这一问题已彻底解决.其中,一个自然的作法是把(4.21)化成与之等价的一阶线性常系数齐次微分方程组,然后按3.5节的有关解法及引理4.1和引理4.2,就可以求得(4.21)的基本解组.但是这样的推导过程并不十分简洁,因此我们这里将对方程(4.21)采用下面的待定指数函数法求解. ????首先,研究一个简单的一阶方程 ????????????????????????????y′+ ay = 0 ??????????????????????????(4.22) 其中a是常数,不难求出它有特解 ????????????????????????????y = e-ax. ???比较(4.21)与(4.22),我们可以猜想方程(4.21)也有形如 ??????????????????????????????y = eλx ???????????????????????????(4.23) 的解,其中λ是待定常数.将(4.23)代入(4.21)中得到 ??????(λn+

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