题目
下列哪个选项中的函数不是所给微分方程的解A. y'' + y = 0, y = 3 sin x - 4 cos xB. y'' = 1 + y^2, y = x^2 + CC. xy' = 2y, y = 5x^2D. y'' - (2)/(x) y' + (2)/(x^2) y = 0, y = C_1 x + C_2 x^2
下列哪个选项中的函数不是所给微分方程的解
A. $y'' + y = 0, \quad y = 3 \sin x - 4 \cos x$
B. $y'' = 1 + y^2, \quad y = x^2 + C$
C. $xy' = 2y, \quad y = 5x^2$
D. $y'' - \frac{2}{x} y' + \frac{2}{x^2} y = 0, \quad y = C_1 x + C_2 x^2$
题目解答
答案
B. $y'' = 1 + y^2, \quad y = x^2 + C$
解析
考查要点:本题主要考查验证给定函数是否为微分方程解的能力,需通过代入法逐一检验各选项是否满足方程。
解题核心思路:对每个选项中的函数求出所需阶数的导数,代入对应的微分方程,验证等式是否成立。若等式成立,则该函数是解;否则不是。
破题关键点:
- 正确计算各阶导数,避免计算错误。
- 代入方程时注意代数运算的准确性,尤其是多项式展开和合并同类项。
- 特殊选项的识别:如选项B中,方程右边为$1 + y^2$,而$y''$为常数,显然无法满足非线性关系。
选项A
微分方程:$y'' + y = 0$
函数:$y = 3 \sin x - 4 \cos x$
- 求导:
- 一阶导数:$y' = 3 \cos x + 4 \sin x$
- 二阶导数:$y'' = -3 \sin x + 4 \cos x$
- 代入方程:
$y'' + y = (-3 \sin x + 4 \cos x) + (3 \sin x - 4 \cos x) = 0$
结论:满足方程。
选项B
微分方程:$y'' = 1 + y^2$
函数:$y = x^2 + C$
- 求导:
- 一阶导数:$y' = 2x$
- 二阶导数:$y'' = 2$
- 代入方程:
$y'' = 2 \quad \text{与} \quad 1 + y^2 = 1 + (x^2 + C)^2 = 1 + x^4 + 2C x^2 + C^2$
结论:$2 \neq 1 + x^4 + 2C x^2 + C^2$,不满足方程。
选项C
微分方程:$xy' = 2y$
函数:$y = 5x^2$
- 求导:
- 一阶导数:$y' = 10x$
- 代入方程:
$xy' = x \cdot 10x = 10x^2 \quad \text{与} \quad 2y = 2 \cdot 5x^2 = 10x^2$
结论:等式成立,满足方程。
选项D
微分方程:$y'' - \frac{2}{x} y' + \frac{2}{x^2} y = 0$
函数:$y = C_1 x + C_2 x^2$
- 求导:
- 一阶导数:$y' = C_1 + 2C_2 x$
- 二阶导数:$y'' = 2C_2$
- 代入方程:
$\begin{aligned} y'' - \frac{2}{x} y' + \frac{2}{x^2} y &= 2C_2 - \frac{2}{x}(C_1 + 2C_2 x) + \frac{2}{x^2}(C_1 x + C_2 x^2) \\ &= 2C_2 - \frac{2C_1}{x} - 4C_2 + \frac{2C_1}{x} + 2C_2 \\ &= 0 \end{aligned}$
结论:等式成立,满足方程。