二阶常系数齐次线性微分方程的ppt课件.ppt

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1、“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022-8-41二阶常系数齐次线性微分方程的通解二阶常系数齐次线性微分方程的通解 “雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022-8-42一、定义一、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二阶常系数齐次线性方程的标准

2、形式二阶常系数齐次线性方程的标准形式)(xfqyypy 二阶常系数非齐次线性方程的标准形式二阶常系数非齐次线性方程的标准形式“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022-8-43二、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 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“雪亮工程是以区（县）、乡（镇

3、）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022-8-44 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“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022-8-45,11xrey 已已知知为

4、为方方程程的的两两个个特特解解xrey22 反之：反之：如如何何求求微微分分方方程程？为为特特征征方方程程的的根根21, rr0)(21 rrrr则则特特征征方方程程为为0)(21212 rrrrrr0)(2121 yrryrry微分方程为微分方程为“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022-8-46 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

5、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“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022-8-47,1xrxey 已知已知为为方方程程的的一一个个特特解解反之：反之：如如何何求求微微分分方方程程？为为特特征征方方程程的的重重根根r0)(21 rr则则特特征征方方程程为为022112 rrrr02211 yry

6、ry微微分分方方程程为为“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022-8-48 有一对共轭复根有一对共轭复根,1 jr ,2 jr ,)(1xjey ,)(2xjey )0( 重新组合重新组合)(21211yyy ,cos xex )(21212yyjy ,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“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础

7、、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022-8-49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法称为特征方程法特征方程法. .044的通解的通解求方程求方程 yyy解解特征方程为特征方程为,0442 rr解得解得,221 rr故所求通解为故所求通解为.)(221xexCCy 例例1 1“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022-8-410例例 1求方程求方程 y - -

8、 2y - - 3y = 0 的通解的通解.解解该方程的特征方程为该方程的特征方程为 r2 - - 2r 3 = 0, 它有两它有两个不等的实根个不等的实根 r1 = - - 1， r2 = = 3, 其对应的两个线性无其对应的两个线性无关的特解为关的特解为 y1 = e- - x 与与 y2 = e3x, 所以方程的通解为所以方程的通解为.ee321xxCCy “雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022-8-411例例 2求方程求方程 y - - 4y + +

9、4y = 0 的满足初始条件的满足初始条件 y(0) = 1， y (0) = 4 的特解的特解.解解该方程的特征方程为该方程的特征方程为 r2 - - 4r + + 4 = 0，,e )221xxCCy （.e )(2e22122xxxCCCy 将将 y(0) = 1，y (0) = 4 代入上两式，得代入上两式，得 C1 = 1，C2 = 2，y = (1 + + 2x)e2x. 其对应的两个线性无关的特解为其对应的两个线性无关的特解为 y1 = e2x 与与 y2 = xe2x因此，所求特解为因此，所求特解为 它有它有重根重根 r = 2.“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级

10、综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022-8-412.052的的通通解解求求方方程程 yyy解解特征方程为特征方程为,0522 rr解得解得,2121jr ，故所求通解为故所求通解为).2sin2cos(21xCxCeyx 例例2 2“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022-8-413例例 3求方程求方程 2y + + 2y + + 3y = 0 的通的通解解.解解该方程的特征

11、方程为该方程的特征方程为 2r2 + + 2r + + 3 = 0，它，它有共轭复根有共轭复根424422, 1 r. i 52121 ,21 即即,521 对应的两个线性无关的解为对应的两个线性无关的解为,25cose211xyx ,25sine212xyx .521sin521cose2121 xCxCyx“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022-8-414例例 4求方程求方程 y + + 4y = 0 的通解的通解.解解该方程的特征方程为该方程的特征方程为

12、 r2 + + 4 = 0，它有共轭，它有共轭复根复根 r1,2 = 2i. 即即 = 0， = 2. 对应的两个线性对应的两个线性无关的解无关的解 y1 = cos 2x. y2 = sin 2x. 所以方程的通解为所以方程的通解为.2sin2cos21xCxCy “雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022-8-415方方程程。的的三三个个特特解解，求求此此微微分分次次微微分分方方程程是是二二阶阶常常系系数数线线性性非非齐齐：已已知知例例xxxxxxxxxeeq

13、yypyeexeyxeyexey2,323221 ,31xeyy 解解：,221xeyy 11 r特特征征根根22 r特特征征根根0)2)(1( rr特特征征方方程程为为：022 rr02 yyy齐齐次次方方程程为为xxxeeyyy22 微微分分方方程程为为“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022-8-416三、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 nnnnPrPrPr特征方程

14、的根特征方程的根通解中的对应项通解中的对应项rk重重根根若若是是rxkkexCxCC)(1110 jk复复根根重重共共轭轭若若是是xkkkkexxDxDDxxCxCC sin)(cos)(11101110“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022-8-417注意注意n次代数方程有次代数方程有n个根个根, 而特征方程的每一而特征方程的每一个根都对应着通解中的一项个根都对应着通解中的一项, 且每一项各且每一项各一个任意常数一个任意常数.nnyCyCyCy 2211“雪

15、亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022-8-418特征根为特征根为, 154321jrrjrrr 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(的的通通解解求求方方程程 yyyyyy例例4 4“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网

16、应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022-8-419二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）写出相应的特征方程）写出相应的特征方程;（2）求出特征根）求出特征根;（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. (见下表见下表)“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022-8-42002 qprr0 qyypy 特特征征根根的的情情况况 通通解解的的表表达达式式实实根根21rr 实实根根21rr 复复根根 ir 2, 1xrxreCeCy2121 xrexCCy2)(21 )sincos(21xCxCeyx “雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022-8-421思考题思考题求微分方程求微分方程 的通解的通解. yyyyyln22