D78常系数非齐次线性微分方程.ppt

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1、目录上页下页返回结束常系数非齐次线性微分方程 第八节一、一、二、二、第七章 目录上页下页返回结束二阶常系数线性非齐次微分方程:根据解的结构定理,其通解为非齐次方程特解齐次方程通解求特解的方法根据 f(x)的特殊形式,的待定形式,代入原方程比较两端表达式以确定待定系数.待定系数法待定系数法目录上页下页返回结束一、一、为实数,设特解为其中 为待定多项式,代入原方程,得 为 m 次多项式.(1)若 不是特征方程的根,则取从而得到特解形式为Q(x)为 m 次待定系数多项式目录上页下页返回结束(2)若 是特征方程的单根,为m 次多项式,故特解形式为(3)若 是特征方程的重根,是 m 次多项式,故特解形式

2、为小小结 对方程,此结论可推广到高阶常系数线性微分方程.即即当 是特征方程的 k 重根 时,可设特解目录上页下页返回结束例例1.的一个特解.解解:本题而特征方程为不是特征方程的根.设所求特解为代入方程:比较系数,得于是所求特解为目录上页下页返回结束例例2.的通解.解解:本题特征方程为其根为对应齐次方程的通解为设非齐次方程特解为比较系数,得因此特解为代入方程得所求通解为目录上页下页返回结束例例3.求解定解问题解解:本题特征方程为其根为设非齐次方程特解为代入方程得故故对应齐次方程通解为原方程通解为由初始条件得目录上页下页返回结束于是所求解为解得目录上页下页返回结束二、二、第二步第二步 求出如下两个

3、方程的特解分析思路:第一步第一步将 f(x)转化为第三步第三步 利用叠加原理求出原方程的特解第四步第四步 分析原方程特解的特点目录上页下页返回结束第一步第一步 利用欧拉公式将 f(x)变形目录上页下页返回结束 第二步第二步 求如下两方程的特解 是特征方程的 k 重根(k =0,1),故等式两边取共轭:为方程 的特解.设则 有特解:目录上页下页返回结束第三步第三步 求原方程的特解 利用第二步的结果,根据叠加原理,原方程有特解:原方程 均为 m 次多项式.目录上页下页返回结束第四步第四步 分析因均为 m 次实多项式.本质上为实函数,目录上页下页返回结束小小 结结:对非齐次方程则可设特解:其中 为特

4、征方程的 k 重根(k =0,1),上述结论也可推广到高阶方程的情形.目录上页下页返回结束求常系数非齐次线性方程特解的方法步骤：求常系数非齐次线性方程特解的方法步骤：步骤1：先求出特征方程的根；步骤2：根据f(x)的形式确定方程的类型（，），以确定某些参数的取值；步骤3：由方程的类型（，）设出特解的一般形式，并把已知各参数的取值代入特解y*中；步骤4：将设好的特解y*代入原方程中，利用待定系数法确定未知参数的取值.目录上页下页返回结束例例4.的一个特解.解解:本题 特征方程故设特解为不是特征方程的根,代入方程得比较系数,得于是求得一个特解，根为目录上页下页返回结束例例5.的通解.解解:特征方程

5、为其根为对应齐次方程的通解为比较系数,得因此特解为代入方程:所求通解为为特征方程的单根,因此设非齐次方程特解为目录上页下页返回结束例例6.解解:(1)特征方程有二重根所以设非齐次方程特解为(2)特征方程有根利用叠加原理,可设非齐次方程特解为设下列高阶常系数线性非齐次方程的特解形式:目录上页下页返回结束例例7.求物体的运动规律.解解:问题归结为求解无阻尼强迫振动方程 当p k 时,齐次通解:非齐次特解形式:因此原方程之解为第六节例1(P323)中,若设物体只受弹性恢复力 f和铅直干扰力代入可得:目录上页下页返回结束当干扰力的角频率 p 固有频率 k 时,自由振动强迫振动 当 p=k 时,非齐次特

6、解形式:代入可得:方程的解为 目录上页下页返回结束若要利用共振现象,应使 p 与 k 尽量靠近,或使 随着 t 的增大,强迫振动的振幅这时产生共振现象.可无限增大,若要避免共振现象,应使 p 远离固有频率 k;p=k.自由振动强迫振动对机械来说,共振可能引起破坏作用,如桥梁被破坏,电机机座被破坏等,但对电磁振荡来说,共振可能起有利作用,如收音机的调频放大即是利用共振原理.目录上页下页返回结束内容小内容小结 为特征方程的 k(0,1,2)重根,则设特解为为特征方程的 k(0,1)重根,则设特解为3.上述结论也可推广到高阶方程的情形.目录上页下页返回结束求常系数非齐次线性方程特解的方法步骤：求常系

7、数非齐次线性方程特解的方法步骤：步骤1：先求出特征方程的根；步骤2：根据f(x)的形式确定方程的类型（，），以确定某些参数的取值；步骤3：由方程的类型（，）设出特解的一般形式，并把已知各参数的取值代入特解y*中；步骤4：将设好的特解y*代入原方程中，利用待定系数法确定未知参数的取值.目录上页下页返回结束思考与思考与练习时可设特解为 时可设特解为 提示提示:1.(填空)设目录上页下页返回结束2.求微分方程的通解 (其中为实数).解解:特征方程特征根:对应齐次方程通解:时,代入原方程得故原方程通解为时,代入原方程得故原方程通解为目录上页下页返回结束3.已知二阶常微分方程有特解求微分方程的通解.解解:将特解代入方程得恒等式比较系数得故原方程为对应齐次方程通解:原方程通解为目录上页下页返回结束作作业P347 1(1),(5),(9);2(2),(4);习题课2 第九节