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高等数学-简单的二阶线性微分方程求解

2021-12-02 22:08 作者:EnemyIncoming  | 我要投稿

我们在前面已经学习过一阶线性微分方程,并且知道如果有方程:

其解为:

其中

国内的教材喜欢这样写:

怎么选看自己咯!不过如果要应付期末考试,还是用国内的好。

何为二阶线性微分方程?

其实不难得出,二阶线性微分方程即方程中存在二阶导数,比如:

这就是一种二阶线性微分方程,解法也十分简单,我们逐个积分这个方程即可:

这就是我们最终求得的解。

可以看出,当方程仅存在y''和x的对应关系时,解法就十分简单,直接连续积分即可。(但注意要有常数C)

但我们不可能止步于此,二阶线性微分方程由于比一阶高了一个等级,所以有很多复杂的情况,我们来逐个讨论。

y''=f(y,y')型

这类二阶线性微分方程中没有包含x,这类方程可总结为:

比如

这个怎么解决?其实很简单,我们只需要令y'=p

那么就有:

这个方程又可以写成:

这不就是一阶线性微分方程吗!我们直接积分可以解出:

所以

解出

看得出来,我们对于缺x型的二阶微分方程,只需要令y'=p,然后

就可以把方程化为一阶线性微分方程,然后用一阶的解法就可以了。

y''=f(x,y')型

也就是缺y型,在前面已经接触过了,可以直接积分,也可以令y'=p,y''=p'求:

不能直接积分,那么就令y'=p,有:

可以凑微分,得到:

就有:

化简:

解出

分离变量,求出

其中

因此

虽然这道题结果复杂,但思路都是一样的。下次我们来讲解标准的二阶线性微分方程。


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