题目
2. 验证 _(1)=(e)^x, _(2)=(e)^-x 都是方程 ^n-y=0 的解,写出该方程的通解.

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查二阶线性齐次微分方程解的验证及通解的构造方法。
解题思路:
- 验证解:分别计算两个函数的二阶导数,代入方程验证是否满足方程。
- 构造通解:若两个解线性无关,则通解为它们的线性组合。
关键点:
- 二阶导数的正确计算是验证解的基础。
- Wronskian行列式可判断解的线性无关性,从而确定通解形式。
验证 ${y}_1 = e^x$ 是解
- 求导:
- 一阶导数:$y_1' = e^x$
- 二阶导数:$y_1'' = e^x$
- 代入方程:
$y_1'' - y_1 = e^x - e^x = 0$
方程成立,故 ${y}_1$ 是解。
验证 ${y}_2 = e^{-x}$ 是解
- 求导:
- 一阶导数:$y_2' = -e^{-x}$
- 二阶导数:$y_2'' = e^{-x}$
- 代入方程:
$y_2'' - y_2 = e^{-x} - e^{-x} = 0$
方程成立,故 ${y}_2$ 是解。
构造通解
- 判断线性无关性:
计算 Wronskian 行列式:
$W(y_1, y_2) = \begin{vmatrix} e^x & e^{-x} \\ e^x & -e^{-x} \end{vmatrix} = e^x(-e^{-x}) - e^{-x}e^x = -1 -1 = -2 \neq 0$
说明 ${y}_1$ 和 ${y}_2$ 线性无关。 - 通解形式:
通解为两个线性无关解的线性组合:
$y = C_1 e^x + C_2 e^{-x}$