一阶线性、二阶常系数齐次、一阶可分离(y′=ky)三类方程,给出通解形式与特征根分析。
y′ + py = q → y = Ce^(−px) + q/py″ + ay′ + by = 0 → 特征方程 r²+ar+b=0Δ>0 两实根,Δ=0 重根,Δ<0 共轭复根y′ = ky → y = Ce^(kx)二阶方程只填 a、b;一阶线性填 p、q;y′=ky 只填 k。
| 判别式 | 根 | 通解 |
|---|---|---|
| Δ>0 | 两个不等实根 r₁,r₂ | y=C₁e^(r₁x)+C₂e^(r₂x) |
| Δ=0 | 重根 r | y=(C₁+C₂x)e^(rx) |
| Δ<0 | 共轭复根 α±βi | y=e^(αx)(C₁cosβx+C₂sinβx) |
一阶方程看能否写成 y′+p(x)y=q(x),能就用积分因子 e^(∫p dx);二阶常系数先写特征方程 r²+ar+b=0,按判别式分三种情况写通解。
通解中的 C 由初始条件确定。没有初始条件时,只能给含任意常数的通解。
二阶方程需要两次积分,因此有两个任意常数,需两个初始条件确定。
重根时两个解线性相关,用 x·e^(rx) 构造第二个线性无关解。
先求齐次通解,再找一个特解,两者相加。特解形式按右端项类型待定。
解析解是表达式,适合分析性质;数值解是离散点,适合无法解析求解的方程。