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二阶常系数齐次线性微分方程的通解

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导读 二阶常系数齐次线性微分方程是微积分学中的一个非常重要的主题。。绿色圃中小学教育网百科专栏,提供全方位全领域的生活知识

二阶常系数齐次线性微分方程是微积分学中的一个非常重要的主题。它的通解形式可以通过以下步骤得到。

首先,假设我们有如下形式的二阶常系数齐次线性微分方程:

$$y''+ay'+by=0$$

其中,$a$和$b$是常数。

接下来,我们假设该微分方程的解具有如下形式:

$$y=e^$$

其中,$r$是待定的常数。

将解代入微分方程中,得到:

$$(r^2+ar+b)e^=0$$

由于$e^$不等于零,所以我们可以将其约掉。因此,我们得到了二次方程:

$$r^2+ar+b=0$$

这个二次方程的解可以通过求根公式得到:

$$r=\frac}$$

现在,我们来讨论两种不同的情况。

第一种情况是,$a^2-4b<0$。在这种情况下,我们可以将根表示为:

$$r=-\frac\pm i\frac}$$

其中,$i$是虚数单位。因此,我们可以将解表示为:

$$y=e^{-\fract}(c_1\cos(\frac}t)+c_2\sin(\frac}t))$$

其中,$c_1$和$c_2$是待定的常数。

第二种情况是,$a^2-4b\geq 0$。在这种情况下,我们可以将根表示为:

$$r_1=\frac},r_2=\frac}$$

因此,我们可以将解表示为:

$$y=c_1e^+c_2e^$$

其中,$c_1$和$c_2$是待定的常数。

综上所述,二阶常系数齐次线性微分方程的通解可以表示为:

$$y=\begine^{-\fract}(c_1\cos(\frac}t)+c_2\sin(\frac}t))&a^2-4b<0\\c_1e^+c_2e^&a^2-4b\geq 0\end$$

其中,$c_1$和$c_2$是待定的常数,$r_1$和$r_2$分别是二次方程$r^2+ar+b=0$的两个根。