高等数学上77常系数齐次线性微分方程

1、第七节第七节 常系数齐次线性微分方程常系数齐次线性微分方程 一、定义一、定义 二、二阶常系数齐次线性方程解法二、二阶常系数齐次线性方程解法 三、三、n 阶常系数齐次线性方程解法阶常系数齐次线性方程解法 四、小结四、小结一一、定义定义)(1)1(1)(xfypypypynnnn n阶常系数线性微分方程的标准形式阶常系数线性微分方程的标准形式0 qyypy二阶二阶常系数齐次线性常系数齐次线性方程的标准形式方程的标准形式)(xfqyypy 二阶二阶常系数常系数非非齐次线性齐次线性方程的标准形式方程的标准形式二、二阶常系数齐次线性方程解法二、二阶常系数齐次线性方程解法-特征方程法特征方程法,rxey

2、设设将其代入上方程将其代入上方程, , 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.2xrery ,xrery 有两个不相等的实根有两个不相等的实根,2421qppr ,2422qppr ,11xrey ,22xrey 两个线性无关的特解两个线性无关的特解得齐次方程的通解为得齐次方程的通解为;2121xrxrececy )0( 特征根为特征根为 有两个相等的实根有两个相等的实根,11xrey ,221prr )0( 一特解为一特解为得齐次方程的通解为得齐次方程的通解为;)(121xrexccy 代入原方程并

3、化简，代入原方程并化简，将将222yyy , 0)()2(1211 uqprrupru, 0 u知知,)(xxu 取取,12xrxey 则则,)(12xrexuy 设设另另一一特特解解为为特征根为特征根为 有一对共轭复根有一对共轭复根,1 ir ,2 ir ,)(1xiey ,)(2xiey )0( 重新组合重新组合)(21211yyy ,cos xex )(21212yyiy ,sin xex 得齐次方程的通解为得齐次方程的通解为).sincos(21xcxceyx 特征根为特征根为定义定义由常系数齐次线性方程的特征方程的根由常系数齐次线性方程的特征方程的根确定其通解的方法称为确定其通解的方

4、法称为特征方程法特征方程法. .032的通解的通解求方程求方程 yyy解解特征方程为特征方程为,0322 rr解得解得,3, 121 rr故所求通解为故所求通解为.321xxececy 例例1 1p304-1.052的通解的通解求方程求方程 yyy解解特征方程为特征方程为,0522 rr解得解得,2121ir ，故所求通解为故所求通解为).2sin2cos(21xcxceyx 例例2 2p305-3三、三、n 阶常系数齐次线性方程解法阶常系数齐次线性方程解法三、三、n 阶常系数齐次线性方程解法阶常系数齐次线性方程解法01)1(1)( ypypypynnnn特征方程为特征方程为0111 nnnn

5、prprpr特征根为特征根为, 154321irrirrr 故所求通解为故所求通解为.sin)(cos)(54321xxccxxccecyx 解解, 01222345 rrrrr特征方程为特征方程为, 0)1)(1(22 rr.022)3()4()5(的通解的通解求方程求方程 yyyyyy例例3 3四、小结四、小结二阶常系数齐次微分方程求通解的一般步骤二阶常系数齐次微分方程求通解的一般步骤: :（1 1）写出相应的特征方程）写出相应的特征方程; ;（2 2）求出特征根）求出特征根; ;（3 3）根据特征根的不同情况）根据特征根的不同情况, ,得到相应的通解得到相应的通解. . ( (见下表见下

6、表) )02 qprr0 qyypy 特征根的情况特征根的情况 通解的表达式通解的表达式 实根实根21rr 实根实根21rr 复根复根 ir 2, 1 xrxrececy2121 xrexccy2)(21 )sincos(21xcxceyx 思考与练习 1.求方程0 yay的通解 .答案答案:0a通解为xccy21:0a通解为xacxacysincos21:0a通解为xaxaececy21思考题思考题2.求微分方程求微分方程 的通解的通解. yyyyyln22 思考题解答思考题解答, 0 y ,ln22yyyyy ,ln yyy ,lnyyyx ,lnlnyy 令令yzln 则则, 0 zz特

7、征根特征根1 通解通解xxececz 21.ln21xxececy 作业作业 p340 1 (3) , (6) , (10) ; 2 (2) , (3) , (6) ; 3一一、 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、 下列微分方程满足所给初始条件的特解下列微分方程满足所给初始条件的特解: : 1 1、0,2,04400 xxyyyyy； 2 2、3,0,013400 xxyyyyy. .三、三、 求作一个二 阶常系数 齐次线性微分方程求作一个二 阶常系数 齐次线性微分方程, ,使使3,2,1 xxxeee都是它的解都是它的解 . .四、四、 设圆柱形浮筒设圆柱形浮筒, ,直径为直径为m5 . 0, ,铅直放在水中铅直放在水中, ,当稍当稍向下压后突 然放开向下压后突 然放开, ,浮筒 在水中上 下振动的浮筒 在水中上 下振动的s2周期为周期为, ,求浮筒的质量求浮筒的质量 . .练练 习习 题题练习题答案练习题答案一、一、1 1、xeccy421 ； 2 2、tetccx2521)( ； 3 3、)2sin2cos(213xcxceyx ； 4 4、xcxcece