第39卷第5期数学的实践与认识V01.39No.52009年3月MATHEMATICSINPRACTICEANDTHEORYMarch,2009,・’・’,’・''-・’1-
l教学园地1
.tt・t・・・・・・・・‘・,
线性常系数非齐次微分方程的特解公式
邓云辉
(四川工程职业技术学院,四川德阳618000)
摘要:用初等方法得到n阶线性常系数非齐次方程y‘一’+aly“一l’+…+a.y—P.o)e“特解y。的求
解公式,使求y。的计算比较简单.
关键词t线性微分方程l特解}特征根
1引言
求高阶线性常系数非齐次常微分方程:Y“’+alY“.1’+…+a.y=P。(z)eh特解Y’,一般的方法是据其特征根的情况和非齐次项,(z)函数类型,先设Y‘的相应函数类型,用待定系数法求得.此过程一般要求乘积函数P。(z)eh的rl阶导数,再代入微分方程,计算量随方程的阶迅速增大,计算困难.如果采用算子解法,就得求算子厂(D)的逆算子,较困难.本文提供一种用多项式求导数和待定系数法的求特解的一个公式,既简单又易计算.
为方便叙述,约定:
设有理阶线性常系数非齐次方程:
Y‘“’+alY‘”"+…+口。y—P。(z)eh(1)
其中a。,a:,…,a。问呈,A为常数.P。(z)是z的m次多项式厂(r)=,+al,-1+…+口。称为方程(1)的特征多项式,,(z)=0为其特征方程.(1)的特解Y。=一Q。(z)eb,其中Q。(z)为待定优次完整多项式,,.=A是特征方程,(z)=0的h重根.
2定理及证明
定理,z阶常系数线性非齐次方程(1)的特解Y。=一Q。(z)eh=Q(x)eb满足公式:
m)Q(z)+朋)Q『(z)+掣Q,,(z)+..・+学叭z)=蹦别(2)即∑严’(.:I)Q㈣(z)=P.(z).正五
证明由y’一Q(z)eh知:
Y州)_∑Cf(e打)㈣Q‘H’(z)一(∑C}矿Q‘H’(z))eh(3)
又厂(,-)=,+口l,一1+口2广一2+…+a。牧稿日期:2005-09一11
万方数据
5期邓云辉:线性常系数非齐次微分方程的特解公式199f‘‘’(,.)一砣(,l一1)…(咒一Z+1),一‘+a1(行一1)(疗一2)…(咒一Z),一。一1+…+azZ!
=zI[f:,一1+以一,矿一一1+…+口f]
将(3)代人(1)整理得:(口。=1)
月(4)f
E口,(∑ff”Q‘¨’(z))eb=P。(z)eb』一0●。0
即:
_f
∑∑口,砖Q‘卜‘’(x)IP=P。(z)
于是有:
∑六[f:刀一‘+口。c:一,刀一。一1+…+口,]Q∽(z)=P。(z)f=0’;
由(4)即得:
妻l--0者严(帕∞(z)-蹦z)
证毕
注:上述A可以是复数,即此定理可以用于下列微分方程求特解:
辨C0S始
昭Y‘”’+aly‘。一D+…+a.y=尸尸孵S.Ⅱl
3定理的应用
例1求方程Y”一4y7+4y=(z2+z+1)ezf的特解y。
解方程的特征多项式,(r)一r2—4,.+4特征根,.。=r:=2,A=2故设特解y‘=z2(ax2+bx+c)e2。=Q(x)e缸其中a、b,c为待定常数,又
,(A)=,(2)=0,厂(A)=0,尸,(A)一2
由定理知:厂(2)Qo)+尸(2)Q,(z)+£暑Q”(z):一+z+1
有:击[一(ax2+bx+f)]’=z2+z+1
由此可得:口=亚1,6=百1,c=虿1故所求特解y。=z2(矗z2+百1z+虿1,)e缸
例2求微分方程:Y”+9y=一z
解COS先考查方程:Y”+9y=一z如的特解Y。(i=闩’)则所求特解y。一Re(Y。)
Y。=x(ax+6)e妇=Q(z)e妇3x的特解Y。,(取实部)由于厂(r)=r2+9,A=3i是特征方程,(r)=0的单根,设
由定理的公式(2)知:
厂(A)Q(z)+尸(A)Q,(z)+£鲁坠Q”(z):一z
得:6i(2ax4-6)+2a=一,27
1.,1
口2弦2,D2一丽
所以
万方数据
200数学的实践与认识39卷
y-=z(南z一点)产
故原方程的特解
y。=Re(y。)=一五1。2sin3x一壶z
4-6COs3x例3求y艚+6y”4-lly’4-6y=一4-2x+1的特解.解方程的特征多项式厂(,.)=,.3+6,.24-1lr
其特征根r。=一l,r:=一2,r。=一3A=0不是特征根
因而设特解Y。=ax3
由公式(2)得:4-bx24-CX4-d=Q(z)又f(O)=6,尸(O)=11,广(O)=12,广(0)=6
们)Q(z)+们)Q,(z)+眢Q‰)+掣叭z)=z3+2z+1
IiP6(口z3+如2+fz4-d)4-11(3axz+2bx+f)+万12(6口z4-2b)4-3-鲁(6n)=z3+2z+1
1.得:】】97。
口2百,扫一一弦,f2丽’d
故所求方程的特解2一一216671
y‘=丢z3一曼z2+矍z一累
这种方法有效地简化了通常方法的乘积求导计算,即求Y。一Q(x)eh的雅阶导数,避免了算子解法中求厂(D)的逆算子问题等用到的数学工具,是只用多项式求导数(值)和解方程组就能完成的初等方法.
参考文献:
Ell同济大学教学教菥室.高导数学[M].北京,高等教育出版社,1996.12.
[2]王柔怀,伍卓群.常微分方程讲义[M].北京:人民教育出版杜,1979.
AFormulaforFindingParticularSolutionsof
OrdinaryDifferentialEquation
DENGYUS—hui
(SichuaaEngineringTechnicalCollege,DeyangSichuan618000・China)
Abstract:Usingthederivateofpolynomialsandalgebraic
forfindingparticularsolutionof
尸。(z)e“.
Keywordsmethod.WeobtainedtheformulaordinarydifferentialEquation:Y‘。’+aly‘。一1’+…+口-Y=lordinarydifferentialequation;particularsolution;characteristicroot
万方数据
线性常系数非齐次微分方程的特解公式
作者:
作者单位:
刊名:
英文刊名:
年,卷(期):
被引用次数:邓云辉, DENG Yun-hui四川工程职业技术学院,四川德阳,618000数学的实践与认识MATHEMATICS IN PRACTICE AND THEORY2009,39(5)0次
参考文献(2条)
1.同济大学教学教菥室 高导数学 1996
2.王柔怀.伍卓群 常微分方程讲义 1979
相似文献(10条)
1.期刊论文 蔡炯辉.杨继明.杨亚非.CAI Jiong-hui.YANG Ji-ming.YANG Ya-fei 常系数非齐次线性微分方程的一个特解公式 -宝鸡文理学院学报(自然科学版)2008,28(2)
目的 给出非齐次项为拟多项式的常系数非齐次线性微分方程一个特解公式.方法 以微分算子为工具,经过巧妙的逻辑推理,通过比较系数给出了特解中多项式的系数计算公式.结果 给出了求一类常系数非齐次线性微分方程的特解的递推公式.结论 算子方法对常系数线性微分方程的求解可以更进一步得到拓广.
2.期刊论文 李绍刚.徐安农.LI Shao-gang.XU An-nong 二阶常系数线性微分方程特解的微分算子法 -桂林电子科技大学学报2008,28(4)
微分算子法是求解常系数非齐次线性微分方程特解的有效方法,基于算子多项式的理论,针对二阶常系数线性微分方程,论文给出了非线性项为指数函数、三角函数、幂函数及其混合函数的微分算子特解公式,实例表明特解公式在解题中具有可应用性、有效性和简捷性.
3.期刊论文 郑克龙.胡劲松.ZHENG Ke-long.HU Jin-song 求常系数线性微分方程特解的另一种方法 -四川理工学院学报(自然科学版)2008,21(1)
给出了三阶常系数非齐次线性微分方程的三种积分形式的公式特解,可以将该方法推广到求,n阶方程的特解.
4.期刊论文 刘文武.韦煜 n阶非齐次线性微分方程的一个特解公式 -西南民族大学学报(自然科学版)2004,30(1) 利用线性微分方程组与n阶线性微分方程之间的关系,得到n阶非齐次线性微分方程的一个特解公式.
5.期刊论文 求常系数非齐次线性微分方程特解的一种简捷方法 -网络财富2009,
对于自由项为两种常见形式的常系数非齐次线性微分方程,本文给出求其特解的一个简捷方法.
6.期刊论文 杨继明.杨亚非.YANG Ji-ming.YANG Ya-fei 一类常系数非齐次线性微分方程特解的求法 -玉溪师范学院学报2006,22(9)
给出了一类常系数非齐次线性微分方程的特解的计算公式.
7.期刊论文 杨芳.吴小欢 n阶常系数非齐次线性微分方程特解的求解方法 -广西师范学院学报(自然科学版)2009,26(4)
归纳介绍了求n阶常系数非齐次线性微分方程特解的几种方法,通过具体例子分析比较各种方法的优缺点,并小结各种方法的适用条件,供教学中参考.
8.期刊论文 杨继明.侯雪炯.YANG Ji-ming.HOU Xue-jiong 一类常系数非齐次线性微分方程的特解公式 -大学数学2008,24(6)
给出了一类常系数非齐次线性微分方程的特解的计算公式.
9.期刊论文 王焕 求二阶和三阶常系数非齐次线性微分方程特解的一个公式 -高等数学研究2006,9(3)
基于微分算子分裂的思想,受到一阶线性方程求解公式的启发,运用多重积分交换积分顺序的技巧,得到求二阶和三阶常系数非齐次线性微分方程特解的一般性公式.
10.期刊论文 刘贵和 二阶常系数非齐次线性微分方程y''+py'+qy=pm(x)eλx型特解的又一求法 -中国民航飞行学院学报2006,17(2)
通过本文介绍了求形如y''+py'+qy=pm(x)eλx的二阶常系数非齐次线性微分方程特解的又一方法,该方法与现行使用的方法比较,能起到删繁就简的作用.
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第39卷第5期数学的实践与认识V01.39No.52009年3月MATHEMATICSINPRACTICEANDTHEORYMarch,2009,・’・’,’・''-・’1-
l教学园地1
.tt・t・・・・・・・・‘・,
线性常系数非齐次微分方程的特解公式
邓云辉
(四川工程职业技术学院,四川德阳618000)
摘要:用初等方法得到n阶线性常系数非齐次方程y‘一’+aly“一l’+…+a.y—P.o)e“特解y。的求
解公式,使求y。的计算比较简单.
关键词t线性微分方程l特解}特征根
1引言
求高阶线性常系数非齐次常微分方程:Y“’+alY“.1’+…+a.y=P。(z)eh特解Y’,一般的方法是据其特征根的情况和非齐次项,(z)函数类型,先设Y‘的相应函数类型,用待定系数法求得.此过程一般要求乘积函数P。(z)eh的rl阶导数,再代入微分方程,计算量随方程的阶迅速增大,计算困难.如果采用算子解法,就得求算子厂(D)的逆算子,较困难.本文提供一种用多项式求导数和待定系数法的求特解的一个公式,既简单又易计算.
为方便叙述,约定:
设有理阶线性常系数非齐次方程:
Y‘“’+alY‘”"+…+口。y—P。(z)eh(1)
其中a。,a:,…,a。问呈,A为常数.P。(z)是z的m次多项式厂(r)=,+al,-1+…+口。称为方程(1)的特征多项式,,(z)=0为其特征方程.(1)的特解Y。=一Q。(z)eb,其中Q。(z)为待定优次完整多项式,,.=A是特征方程,(z)=0的h重根.
2定理及证明
定理,z阶常系数线性非齐次方程(1)的特解Y。=一Q。(z)eh=Q(x)eb满足公式:
m)Q(z)+朋)Q『(z)+掣Q,,(z)+..・+学叭z)=蹦别(2)即∑严’(.:I)Q㈣(z)=P.(z).正五
证明由y’一Q(z)eh知:
Y州)_∑Cf(e打)㈣Q‘H’(z)一(∑C}矿Q‘H’(z))eh(3)
又厂(,-)=,+口l,一1+口2广一2+…+a。牧稿日期:2005-09一11
万方数据
5期邓云辉:线性常系数非齐次微分方程的特解公式199f‘‘’(,.)一砣(,l一1)…(咒一Z+1),一‘+a1(行一1)(疗一2)…(咒一Z),一。一1+…+azZ!
=zI[f:,一1+以一,矿一一1+…+口f]
将(3)代人(1)整理得:(口。=1)
月(4)f
E口,(∑ff”Q‘¨’(z))eb=P。(z)eb』一0●。0
即:
_f
∑∑口,砖Q‘卜‘’(x)IP=P。(z)
于是有:
∑六[f:刀一‘+口。c:一,刀一。一1+…+口,]Q∽(z)=P。(z)f=0’;
由(4)即得:
妻l--0者严(帕∞(z)-蹦z)
证毕
注:上述A可以是复数,即此定理可以用于下列微分方程求特解:
辨C0S始
昭Y‘”’+aly‘。一D+…+a.y=尸尸孵S.Ⅱl
3定理的应用
例1求方程Y”一4y7+4y=(z2+z+1)ezf的特解y。
解方程的特征多项式,(r)一r2—4,.+4特征根,.。=r:=2,A=2故设特解y‘=z2(ax2+bx+c)e2。=Q(x)e缸其中a、b,c为待定常数,又
,(A)=,(2)=0,厂(A)=0,尸,(A)一2
由定理知:厂(2)Qo)+尸(2)Q,(z)+£暑Q”(z):一+z+1
有:击[一(ax2+bx+f)]’=z2+z+1
由此可得:口=亚1,6=百1,c=虿1故所求特解y。=z2(矗z2+百1z+虿1,)e缸
例2求微分方程:Y”+9y=一z
解COS先考查方程:Y”+9y=一z如的特解Y。(i=闩’)则所求特解y。一Re(Y。)
Y。=x(ax+6)e妇=Q(z)e妇3x的特解Y。,(取实部)由于厂(r)=r2+9,A=3i是特征方程,(r)=0的单根,设
由定理的公式(2)知:
厂(A)Q(z)+尸(A)Q,(z)+£鲁坠Q”(z):一z
得:6i(2ax4-6)+2a=一,27
1.,1
口2弦2,D2一丽
所以
万方数据
200数学的实践与认识39卷
y-=z(南z一点)产
故原方程的特解
y。=Re(y。)=一五1。2sin3x一壶z
4-6COs3x例3求y艚+6y”4-lly’4-6y=一4-2x+1的特解.解方程的特征多项式厂(,.)=,.3+6,.24-1lr
其特征根r。=一l,r:=一2,r。=一3A=0不是特征根
因而设特解Y。=ax3
由公式(2)得:4-bx24-CX4-d=Q(z)又f(O)=6,尸(O)=11,广(O)=12,广(0)=6
们)Q(z)+们)Q,(z)+眢Q‰)+掣叭z)=z3+2z+1
IiP6(口z3+如2+fz4-d)4-11(3axz+2bx+f)+万12(6口z4-2b)4-3-鲁(6n)=z3+2z+1
1.得:】】97。
口2百,扫一一弦,f2丽’d
故所求方程的特解2一一216671
y‘=丢z3一曼z2+矍z一累
这种方法有效地简化了通常方法的乘积求导计算,即求Y。一Q(x)eh的雅阶导数,避免了算子解法中求厂(D)的逆算子问题等用到的数学工具,是只用多项式求导数(值)和解方程组就能完成的初等方法.
参考文献:
Ell同济大学教学教菥室.高导数学[M].北京,高等教育出版社,1996.12.
[2]王柔怀,伍卓群.常微分方程讲义[M].北京:人民教育出版杜,1979.
AFormulaforFindingParticularSolutionsof
OrdinaryDifferentialEquation
DENGYUS—hui
(SichuaaEngineringTechnicalCollege,DeyangSichuan618000・China)
Abstract:Usingthederivateofpolynomialsandalgebraic
forfindingparticularsolutionof
尸。(z)e“.
Keywordsmethod.WeobtainedtheformulaordinarydifferentialEquation:Y‘。’+aly‘。一1’+…+口-Y=lordinarydifferentialequation;particularsolution;characteristicroot
万方数据
线性常系数非齐次微分方程的特解公式
作者:
作者单位:
刊名:
英文刊名:
年,卷(期):
被引用次数:邓云辉, DENG Yun-hui四川工程职业技术学院,四川德阳,618000数学的实践与认识MATHEMATICS IN PRACTICE AND THEORY2009,39(5)0次
参考文献(2条)
1.同济大学教学教菥室 高导数学 1996
2.王柔怀.伍卓群 常微分方程讲义 1979
相似文献(10条)
1.期刊论文 蔡炯辉.杨继明.杨亚非.CAI Jiong-hui.YANG Ji-ming.YANG Ya-fei 常系数非齐次线性微分方程的一个特解公式 -宝鸡文理学院学报(自然科学版)2008,28(2)
目的 给出非齐次项为拟多项式的常系数非齐次线性微分方程一个特解公式.方法 以微分算子为工具,经过巧妙的逻辑推理,通过比较系数给出了特解中多项式的系数计算公式.结果 给出了求一类常系数非齐次线性微分方程的特解的递推公式.结论 算子方法对常系数线性微分方程的求解可以更进一步得到拓广.
2.期刊论文 李绍刚.徐安农.LI Shao-gang.XU An-nong 二阶常系数线性微分方程特解的微分算子法 -桂林电子科技大学学报2008,28(4)
微分算子法是求解常系数非齐次线性微分方程特解的有效方法,基于算子多项式的理论,针对二阶常系数线性微分方程,论文给出了非线性项为指数函数、三角函数、幂函数及其混合函数的微分算子特解公式,实例表明特解公式在解题中具有可应用性、有效性和简捷性.
3.期刊论文 郑克龙.胡劲松.ZHENG Ke-long.HU Jin-song 求常系数线性微分方程特解的另一种方法 -四川理工学院学报(自然科学版)2008,21(1)
给出了三阶常系数非齐次线性微分方程的三种积分形式的公式特解,可以将该方法推广到求,n阶方程的特解.
4.期刊论文 刘文武.韦煜 n阶非齐次线性微分方程的一个特解公式 -西南民族大学学报(自然科学版)2004,30(1) 利用线性微分方程组与n阶线性微分方程之间的关系,得到n阶非齐次线性微分方程的一个特解公式.
5.期刊论文 求常系数非齐次线性微分方程特解的一种简捷方法 -网络财富2009,
对于自由项为两种常见形式的常系数非齐次线性微分方程,本文给出求其特解的一个简捷方法.
6.期刊论文 杨继明.杨亚非.YANG Ji-ming.YANG Ya-fei 一类常系数非齐次线性微分方程特解的求法 -玉溪师范学院学报2006,22(9)
给出了一类常系数非齐次线性微分方程的特解的计算公式.
7.期刊论文 杨芳.吴小欢 n阶常系数非齐次线性微分方程特解的求解方法 -广西师范学院学报(自然科学版)2009,26(4)
归纳介绍了求n阶常系数非齐次线性微分方程特解的几种方法,通过具体例子分析比较各种方法的优缺点,并小结各种方法的适用条件,供教学中参考.
8.期刊论文 杨继明.侯雪炯.YANG Ji-ming.HOU Xue-jiong 一类常系数非齐次线性微分方程的特解公式 -大学数学2008,24(6)
给出了一类常系数非齐次线性微分方程的特解的计算公式.
9.期刊论文 王焕 求二阶和三阶常系数非齐次线性微分方程特解的一个公式 -高等数学研究2006,9(3)
基于微分算子分裂的思想,受到一阶线性方程求解公式的启发,运用多重积分交换积分顺序的技巧,得到求二阶和三阶常系数非齐次线性微分方程特解的一般性公式.
10.期刊论文 刘贵和 二阶常系数非齐次线性微分方程y''+py'+qy=pm(x)eλx型特解的又一求法 -中国民航飞行学院学报2006,17(2)
通过本文介绍了求形如y''+py'+qy=pm(x)eλx的二阶常系数非齐次线性微分方程特解的又一方法,该方法与现行使用的方法比较,能起到删繁就简的作用.
本文链接:http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_sxdsjyrs200905032.aspx
授权使用:中共汕尾市委党校(zgsw),授权号:424aac78-c010-4a93-ba8f-9dcc011fe252
下载时间:2010年8月8日