• 高等数学笔记:已知通解的微分方程


    已知通解的微分方程-朗斯基行列式

    01 理论基础

    (1) n n n 阶形式
    • 对于 n n n 阶微分齐次方程,它的通解为 C 1 y 1 + C 2 y 2 + ⋯ + C n y n C_1y_1+C_2y_2+\cdots+C_ny_n C1​y1​+C2​y2​+⋯+Cn​yn​,设 y y y 为该齐次方程的任意解,

    • 那么显然有 y   ,   y 1   ,   y 2   ,   ⋯   ,   y n y\ ,\ y_1\ ,\ y_2\ ,\ \cdots\ ,\ y_n y , y1​ , y2​ , ⋯ , yn​ 线性相关,即: ∣ y y 1 ⋯ y n y ′ y 1 ′    ⋮    ⋮ ⋱ y n ( n − 1 ) y ( n ) ⋯ y n − 1 ( n ) y n ( n ) ∣ = 0 \displaystyle{\left|

      yy1⋯yny′y1′  ⋮  ⋮⋱yn(n−1)y(n)⋯yn−1(n)yn(n)" role="presentation" style="position: relative;">yy1⋯yny′y1′  ⋮  ⋮⋱yn(n−1)y(n)⋯yn−1(n)yn(n)
      \right|=0} ​yy′  ⋮y(n)​y1​y1′​⋯​⋯⋱yn−1(n)​​yn​  ⋮yn(n−1)​yn(n)​​ ​=0 .

    (2) 二阶形式
    • 对于二阶微分齐次方程,它的通解为 C 1 y 1 + C 2 y 2 C_1y_1+C_2y_2 C1​y1​+C2​y2​,设 y y y 为该齐次方程的任意解,
    • 那么显然有 y y y, y 1 y_1 y1​, y 2 y_2 y2​ 线性相关,即: ∣ y y 1 y 2 y ′ y 1 ′ y 2 ′ y ′ ′ y 1 ′ ′ y 2 ′ ′ ∣ = 0 \displaystyle{\left|
      yy1y2y′y1′y2′y″y1″y2″" role="presentation" style="position: relative;">yy1y2y′y1′y2′y″y1″y2″
      \right|=0}
      ​yy′y′′​y1​y1′​y1′′​​y2​y2′​y2′′​​ ​=0
      .
    (3) 三阶形式
    • 对于三阶微分齐次方程,它的通解为 C 1 y 1 + C 2 y 2 + C 3 y 3 C_1y_1+C_2y_2+C_3y_3 C1​y1​+C2​y2​+C3​y3​,设 y y y 为该齐次方程的任意解,

    • 那么显然有 y y y, y 1 y_1 y1​, y 2 y_2 y2​, y 3 y_3 y3​ 线性相关,即: ∣ y y 1 y 2 y 3 y ′ y 1 ′ y 2 ′ y 3 ′ y ′ ′ y 1 ′ ′ y 2 ′ ′ y 3 ′ ′ y ′ ′ ′ y 1 ′ ′ ′ y 2 ′ ′ ′ y 3 ′ ′ ′ ∣ = 0 \displaystyle{\left|

      yy1y2y3y′y1′y2′y3′y″y1″y2″y3″y‴y1‴y2‴y3‴" role="presentation" style="position: relative;">yy1y2y3y′y1′y2′y3′y″y1″y2″y3″y‴y1‴y2‴y3‴
      \right|=0} ​yy′y′′y′′′​y1​y1′​y1′′​y1′′′​​y2​y2′​y2′′​y2′′′​​y3​y3′​y3′′​y3′′′​​ ​=0 .

    02 例题解析
    • 已知 y 1 = 3 y_1=3 y1​=3, y 2 = 3 + x 2 y_2=3+x^2 y2​=3+x2, y 3 = 3 + e x y_3=3+e^x y3​=3+ex 是某二阶线性非齐次方程的三个特解,求该微分方程及通解。

    • 答案: ( 2 x − x 2 ) y ′ ′ + ( x 2 − 2 ) y ′ + 2 ( 1 − x ) y = 6 ( 1 − x ) \left(2 x-x^2\right) y^{\prime \prime}+\left(x^2-2\right) y^{\prime}+2(1-x) y=6(1-x) (2x−x2)y′′+(x2−2)y′+2(1−x)y=6(1−x) .

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  • 原文地址:https://blog.csdn.net/Ding_Yifan/article/details/133365160