高阶线性微分方程解的结构

高阶线性微分方程解的结构

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1、高阶线性微分方程解的结构第七节二、线性齐次方程解的结构三、线性非齐次方程解的结构一、线性微分方程的定义第十二章二阶线性齐次微分方程二阶线性非齐次微分方程n阶线性微分方程一、二阶线性微分方程复习:一阶线性方程通解:非齐次方程特解齐次方程通解Y证毕二、线性齐次方程解的结构是二阶线性齐次方程的两个解,也是该方程的解.证:代入方程左边,得(叠加原理)定理1.说明:不一定是所给二阶方程的通解.例如,是某二阶齐次方程的解,也是齐次方程的解并不是通解但是则为解决通解的判别问题,下面引入函数的线性相关与线性无关概念.定义:是定义在区间I上的n个函数,使

2、得则称这n个函数在I上线性相关,否则称为线性无关.例如,在(,)上都有故它们在任何区间I上都线性相关;又如,若在某区间I上则根据二次多项式至多只有两个零点,必需全为0,可见在任何区间I上都线性无关.若存在不全为0的常数两个非零函数在区间I上线性相关与线性无关的充要条件:线性相关存在不全为0的使(无妨设线性无关常数思考:中有一个恒为0,则必线性相关定理2.是二阶线性齐次方程的两个线性无关特解,则数)是该方程的通解.例如,方程有特解且常数,故方程的通解为(自证)推论.是n阶齐次方程的n个线性无关解,则方程的通解为三、线性非齐次方程解

3、的结构是二阶非齐次方程的一个特解,Y(x)是相应齐次方程的通解,定理3.则是非齐次方程的通解.证:将代入方程①左端,得②①是非齐次方程的解,又Y中含有两个独立任意常数,例如,方程有特解对应齐次方程有通解因此该方程的通解为证毕因而②也是通解.定理4.分别是方程的特解,是方程的特解.(非齐次方程之解的叠加原理)定理3,定理4均可推广到n阶线性非齐次方程.定理5.是对应齐次方程的n个线性无关特解,给定n阶非齐次线性方程是非齐次方程的特解,则非齐次方程的通解为齐次方程通解非齐次方程特解常数,则该方程的通解是().设线性无关函数都是二阶非齐次线性

4、方程的解,是任意例3.提示:都是对应齐次方程的解,二者线性无关.(反证法可证)例4.已知微分方程个解求此方程满足初始条件的特解.解:是对应齐次方程的解,且常数因而线性无关,故原方程通解为代入初始条件故所求特解为有三补充内容可观察出一个特解思考与练习P331题1,3,4(2),(5)

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