求微分方程y″-3y′+2y=xex的通解.

问题描述:

求微分方程y″-3y′+2y=xex的通解.

微分方程y''-3y'+2y=xex对应的齐次微分方程为y''-3y'+2y=0
特征方程为t2-3t+2=0
解得t1=1,t2=2
故齐次微分方程对应的通解y=C1ex+C2e2x
因此,微分方程y''-3y'+2y=xex对应的非齐次微分方程的特解可设为y*=x(ax+b)ex=(ax2+bx)ex
y*'=[ax2+(2a+b)x+b]ex
y*''=[ax2+(4a+b)x+(2a+2b)]ex
将y*,y*',y*''代入微分方程y''-3y'+2y=xex消去ex即可得到:
[ax2+(4a+b)x+(2a+2b)]-3[ax2+(2a+b)x+b]+2(ax2+bx)=x
-2ax+2a-b=x

−2a=1
2a+b=0

a=−
1
2
b=1

所以,非齐次微分方程的特解为y*=(−
1
2
x2+x)ex

由于非齐次微分方程的通解=齐次微分方程的通解+非齐次微分方程的特解
所以,微分方程y''-3y'+2y=xex的通解为y+y*=(−
1
2
x2+x+C1)ex+C2e2x