摘要:本文介绍了两类二阶线性微分方程的解法,并给出例子验证结论。
关键词:变系数;微分方程;通解
1.预备知识
考虑二阶非齐次线性微分方程[1-4]
y″+p(x)y′+q(x)y=f(x)(1)
(其中p(x),q(x),f(x)是关于x的未知函数)的解;若f(x)=0,则该方程为齐次微分方程
y″+p(x)y′+q(x)y=0.(2)
特解:若y0满足方程y″+p(x)y′+q(x)y=0,则称y0是该方程的一个特解。
下面给出两类二阶线性微分方程的解法。
2.主要定理及结论
2.1类型一
对于方程(2),当它可以表示为
的形式时,可以通过欧拉变换化为常系数微分方程,进而可以求出其通解。
事实上,引进自变量的变换:x=et,t=lnx
直接计算得到
dydx=dydt・dtdx=e-tdydt,d2ydx2=e-tddt(e-tdydt)=e-2t(d2ydt2-dydt)。
代入方程(3)得到
从而可以求出此方程的通解,再代回原来的变量就可求得原方程的通解。
解 该方程对应的齐次微分方程为
3x2y″-xy′+y=0,(4)
设方程(4)的一个非零解为y=xλ,代入方程(4)得
解得
设原方程的一个特解为y=bx2, 代原方程有
3x2b・2-xb・2x+bx2=x2
2.2类型二
对于一些二阶方程,当它的系数满足一些条件时,可以化二阶方程为一阶方程,进而求解。
证明 对于方程y″+p(x)y′+q(x)y=0,若p′(x)=q(x),则原方程可化为
(y′+p(x)y)′=0,
积分求得
y′+p(x)y=c。
利用常数变易法求得该方程的通解为
解得
c1′(x)=1
c2′(x)=ex(1-x),
积分求得
c1(x)=x+u1
c2(x)=(2-x)ex+u2,
参考文献:
[1]罗亚平, 陈仲.微分方程[M ]. 南京: 南京大学出版社, 1987
[2]朱思铭,王寿松.常微分方程第三版[M].北京:高等教育出版社,2007
[3]张敬,齐秀丽, 二阶变系数线性微分方程的几个可积类型[J] . 高师理科学刊, 2005(3).
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