二阶常系数非齐次微分方程例题

例 : 求 y ′ ′ + y = c o s 2 x + 2 s i n x 的 通 解 例:求 y''+y= cos{2x}+2sinx 的通解 y+y=cos2x+2sinx
解 : ∵ β 1 ̸ = β 2 解:\because \beta_1 \not= \beta_2 β1̸=β2
∴ 将 方 程 式 y ′ ′ + y = c o s 2 x + 2 s i n x \therefore 将方程式 y''+y= cos{2x}+2sinx y+y=cos2x+2sinx
   拆 成 y ′ ′ + y = c o s 2 x 与 y ′ ′ + y = 2 s i n x 两 个 二 阶 常 系 数 非 齐 次 微 分 方 程 。 拆成y''+y= cos{2x} 与 y''+y= 2sinx两个二阶常系数非齐次微分方程。 y+y=cos2xy+y=2sinx

⇒ 其 特 征 方 程 r 2 = 1 = 0 的 根 为 ± i \Rightarrow 其特征方程r^2=1=0的根为\pm i r2=1=0±i
易 知 : y ′ ′ + y = 0 的 通 解 为 : Y = C 1 c o s x + C 2 s i n x 易知:y''+y= 0的通解为:Y=C_1cosx+C_2sinx y+y=0Y=C1cosx+C2sinx
1 ) 1) 1) y ′ ′ + y = c o s 2 x y''+y= cos{2x} y+y=cos2x
⇒ α = 0 ; β = 2 ; s = m a x [ m , n ] = 0 \Rightarrow \alpha=0; \beta=2; s=max[m,n]=0 α=0;β=2;s=max[m,n]=0
∵ α ± β i = ± 2 i 不 是 特 征 方 程 的 根 \because \alpha \pm \beta i=\pm2i不是特征方程的根 α±βi=±2i
∴ 令 : y ∗ = a 0 c o s 2 β + b 0 s i n 2 β \therefore 令 :y*=a_0cos2\beta+b_0sin2\beta :y=a0cos2β+b0sin2β
            y ∗ ′ = − 2 a 0 s i n 2 β + 2 b 0 c o s 2 β y*'=-2a_0sin2\beta+2b_0cos2\beta y=2a0sin2β+2b0cos2β
            y ∗ ′ ′ = − 4 a 0 c o s 2 β − 4 b 0 s i n 2 β y*''=-4a_0cos2\beta-4b_0sin2\beta y=4a0cos2β4b0sin2β

⇒ 将 y ∗ , y ∗ ′ , y ∗ ′ ′ 代 入 原 方 程 求 解 得 : a 0 = 1 3 ; b 0 = 0 \Rightarrow 将y*,y*',y*'' 代入原方程求解得: a_0=\frac{1}{3}; b_0=0 y,y,ya0=31;b0=0
∴ y ∗ = 1 3 c o s 2 x \therefore y*=\frac{1}{3}cos{2x} y=31cos2x
2 ) y ′ ′ + y = 2 s i n x 2) y''+y= 2sinx 2)y+y=2sinx

⇒ α = 0 ; β = 1 ; s = m a x [ m , n ] = 0 \Rightarrow \alpha=0; \beta=1; s=max[m,n]=0 α=0;β=1;s=max[m,n]=0
∵ α ± β i = ± i 是 特 征 方 程 的 一 对 单 共 轭 复 根 \because \alpha \pm \beta i=\pm i是特征方程的一对单共轭复根 α±βi=±i
∴ 令 : y ∗ = x ( a 1 c o s β + b 1 s i n β ) \therefore 令 :y*=x(a_1cos\beta+b_1sin\beta) :y=x(a1cosβ+b1sinβ)
⇒ 将 y ∗ , y ∗ ′ , y ∗ ′ ′ 代 入 原 方 程 求 解 得 : a 0 = − 1 ; b 0 = 0 \Rightarrow 将y*,y*',y*'' 代入原方程求解得: a_0=-1; b_0=0 y,y,ya0=1;b0=0

∴ y ∗ = − x c o s x \therefore y*=-xcosx y=xcosx
综 上 : y ′ ′ + y = c o s 2 x + 2 s i n x 的 通 解 为 综上: y''+y= cos{2x}+2sinx 的通解为 y+y=cos2x+2sinx
y = C 1 c o s x + C 2 s i n x + 1 3 c o s 2 x + − x c o s x y= C_1cosx+C_2sinx+\frac{1}{3}cos{2x}+-xcosx y=C1cosx+C2sinx+31cos2x+xcosx

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