第三节二阶常系数线性微分方程的解法PPT讲稿.ppt

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1、第三节二阶常系数线性微分方程的解法第1页，共33页，编辑于2022年，星期二1二阶常系数二阶常系数齐次齐次线性方程解的性质线性方程解的性质回顾回顾一阶齐次线性一阶齐次线性方程方程1 1、方程、方程(1)(1)的任意两个解的任意两个解的的和仍是和仍是(1)(1)的解；的解；2 2、方程、方程(1)(1)的任意一个解的常数倍仍是的任意一个解的常数倍仍是(1)(1)的解；的解；第2页，共33页，编辑于2022年，星期二2二阶常系数二阶常系数齐次齐次线性方程解的性质线性方程解的性质1 1、方程、方程(2)的任意两个解的任意两个解的的和仍是和仍是(2)的解；的解；2 2、方程、方程(2)的任意一个解的常

2、数倍仍是的任意一个解的常数倍仍是(2)的解；的解；也是也是(2)的解的解.(称称线性无关线性无关),),则上式为则上式为(2)的的通解通解.定理定理1 1(2)第3页，共33页，编辑于2022年，星期二3二、二阶常系数二、二阶常系数齐次齐次线性方程的线性方程的解法解法 代数方程代数方程(3)称称为为微分方程微分方程(2)的的特征方程特征方程,它的根它的根称称为为特征根特征根(或或特征值特征值).).(3)(2)第4页，共33页，编辑于2022年，星期二4故它故它们线们线性无关性无关,因此因此(2)的通解的通解为为 (3)情形情形1 1 第5页，共33页，编辑于2022年，星期二5情形情形2 2

3、 需要求另一个特解需要求另一个特解第6页，共33页，编辑于2022年，星期二6情形情形3 3 可以证明可以证明,是是(2)的解，的解，且线性无关，且线性无关，所以方程所以方程(2)的通解的通解为为 第7页，共33页，编辑于2022年，星期二7小结小结 特征根的情况特征根的情况通解的表达式通解的表达式 实根实根实根实根复根复根第8页，共33页，编辑于2022年，星期二8解解特征方程为特征方程为故所求通解为故所求通解为例例1 1例例2 2解解特征方程为特征方程为解得解得故所求通解为故所求通解为特征根为特征根为第9页，共33页，编辑于2022年，星期二9解解特征方程为特征方程为故通解为故通解为例例3

4、 3特征根为特征根为第10页，共33页，编辑于2022年，星期二10对应齐次方程对应齐次方程三、二阶常系数三、二阶常系数非齐次非齐次线性方程解的性质及求解法线性方程解的性质及求解法(1)(2)1 1、方程方程(1)的任意一个解加上方程的任意一个解加上方程(2)的任意一个解是的任意一个解是(1)的解；的解；2 2、方程方程(1)的任意两个解之差是的任意两个解之差是(2)的解的解 .定理定理2 2那么方程那么方程(1)(1)的通解为的通解为第11页，共33页，编辑于2022年，星期二11问题归结为求方程问题归结为求方程(1)的一个特解的一个特解.只讨论只讨论 f(x)的两种类型的两种类型.用用待定

5、系数法待定系数法求解求解.对应齐次方程对应齐次方程三、二阶常系数三、二阶常系数非齐次非齐次线性方程解的性质及求解法线性方程解的性质及求解法(1)(2)那么方程那么方程(1)(1)的通解为的通解为定理定理2 2第12页，共33页，编辑于2022年，星期二12则则第13页，共33页，编辑于2022年，星期二13情形情形1 1 若若 r 不是特征根不是特征根,即即情形情形2 2 若若 r 是特征方程的是特征方程的单单根根,即即第14页，共33页，编辑于2022年，星期二14情形情形3 3 若若 r 是特征方程的是特征方程的二重二重根根,即即第15页，共33页，编辑于2022年，星期二15综上讨论综上

6、讨论设特解为设特解为其中其中第16页，共33页，编辑于2022年，星期二16解解对应齐次方程通解对应齐次方程通解特征方程特征方程特征根特征根例例4 4代入原方程代入原方程,得得 第17页，共33页，编辑于2022年，星期二17解解对应齐次方程通解对应齐次方程通解特征方程特征方程特征根特征根代入方程，代入方程，原方程通解为原方程通解为例例5 5得得第18页，共33页，编辑于2022年，星期二18解解对应齐次方程通解对应齐次方程通解特征方程特征方程特征根特征根例例6 6代入方程代入方程,得得第19页，共33页，编辑于2022年，星期二19解解对应齐次方程通解对应齐次方程通解特征方程特征方程特征根特

7、征根例例6 6注意：注意：现即现即即得即得这样比代入原方程要简便得多。这样比代入原方程要简便得多。第20页，共33页，编辑于2022年，星期二20解解例例7 7对应齐次方程通解对应齐次方程通解特征方程特征方程特征根特征根第21页，共33页，编辑于2022年，星期二21此此时时原方程的通解原方程的通解为为 第22页，共33页，编辑于2022年，星期二22可以证明可以证明,方程方程(1)具有如下形式的特解具有如下形式的特解:第23页，共33页，编辑于2022年，星期二23解解例例8 8所求所求通解通解为为 对应齐次方程通解对应齐次方程通解特征方程特征方程特征根特征根代入原方程代入原方程,得得 第2

8、4页，共33页，编辑于2022年，星期二24解解例例9 9所求所求通解通解为为 对应齐次方程通解对应齐次方程通解特征方程特征方程特征根特征根代入原方程代入原方程,得得 第25页，共33页，编辑于2022年，星期二25定理定理3(3(非齐次线性方程的叠加原理非齐次线性方程的叠加原理)和和的特解的特解,的一个特解的一个特解,第26页，共33页，编辑于2022年，星期二26例例1010解解代入得代入得第27页，共33页，编辑于2022年，星期二27解解代入得代入得原方程通解为原方程通解为例例1010第28页，共33页，编辑于2022年，星期二28解解例例1111是是对应齐对应齐次方程的通解次方程的通解,但没有原方程的特解但没有原方程的特解,故故(B)B)也不也不对对；二二阶阶非非齐齐次次线线性微分方程性微分方程 第29页，共33页，编辑于2022年，星期二29第30页，共33页，编辑于2022年，星期二30解解例例1212求导，求导，原方程改写为原方程改写为再求导，再求导，第31页，共33页，编辑于2022年，星期二31对应齐次方程通解对应齐次方程通解特征方程特征方程特征根特征根代入得代入得 第32页，共33页，编辑于2022年，星期二32初始条件初始条件:第33页，共33页，编辑于2022年，星期二33