设二阶常系数线性微分方程y″+αy′+βy=γex的一个特解为y=e2x+(1+x)ex, 试确定常数α、β、γ,并求该方程的通解.
问题描述:
设二阶常系数线性微分方程y″+αy′+βy=γex的一个特解为y=e2x+(1+x)ex,
试确定常数α、β、γ,并求该方程的通解.
答
由:y=e2x+(1+x)ex得:
y′=2e2x+(2+x)ex,
y″=4e2x+(3+x)ex,
将y,y′,y″代入原微分方程,整理可得:
(4+2α+β)e2x +(1+α+β)xex+(3+2α+β-γ)ex=0,①
因为:y=e2x+(1+x)ex是方程的一个特解,
所以对于任意有定义的x,①式恒成立,
所以有:
.
4+2α+β=0 1+α+β=0 3+2α+β−γ=0
解得:α=-3,β=2,γ=-1,
故原微分方程的具体表达式为:
y″-3y′+2y=-ex,
其对应齐次方程的特征方程为:
λ2-3λ+2=0,
求得特征值为:λ1=1,λ2=2,
对应齐次方程的通解为:
=C1ex+C2e2x,. y
又因为:非齐次项为-ex,且λ=1为特征根,
所以:可设原微分方程的特解为 y*=Axex,
代入原微分方程可得:A=1,
所以:y*=xex,
由线性微分方程解的结构定理得原方程的通解为:
y=
+y*=C1ex+C2e2x+xex.. y