题目
(10分)利用拉氏变换解常微分方程初值问题: ) y''-2y'+y=1 y(0)=0,y'(0)=-1 .
(10分)利用拉氏变换解常微分方程初值问题:
题目解答
答案
解:令
,方程两边取拉氏变换得,
……………………………………………3分
即
…………………4分
所以 
-
……………………………………………………2分
………………………………………………………………1分
解析
步骤 1:应用拉氏变换
对给定的常微分方程 $y''-2y'+y=1$ 应用拉氏变换,利用拉氏变换的性质,得到:
${s}^{2}Y(s)-sy(0)-y'(0)-2[sY(s)-y(0)]+Y(s)=\dfrac {1}{s}$
步骤 2:代入初始条件
代入初始条件 $y(0)=0$ 和 $y'(0)=-1$,得到:
${s}^{2}Y(s)-(-1)-2sY(s)+Y(s)=\dfrac {1}{s}$
步骤 3:简化方程
简化方程,得到:
${s}^{2}Y(s)+1-2sY(s)+Y(s)=\dfrac {1}{s}$
${s}^{2}Y(s)-2sY(s)+Y(s)=\dfrac {1}{s}-1$
步骤 4:求解 $Y(s)$
将方程整理为关于 $Y(s)$ 的表达式,得到:
$Y(s)=\dfrac {1-s}{({s}^{2}-2s+1)s}$
步骤 5:部分分式分解
对 $Y(s)$ 进行部分分式分解,得到:
$Y(s)=\dfrac {1}{s}-\dfrac {1}{s-1}$
步骤 6:反拉氏变换
对 $Y(s)$ 进行反拉氏变换,得到:
$y(t)={L}^{-1}[Y(s)]={L}^{-1}[\dfrac {1}{s}-\dfrac {1}{s-1}]$
步骤 7:计算反拉氏变换
计算反拉氏变换,得到:
$y(t)=1-{e}^{t}$
对给定的常微分方程 $y''-2y'+y=1$ 应用拉氏变换,利用拉氏变换的性质,得到:
${s}^{2}Y(s)-sy(0)-y'(0)-2[sY(s)-y(0)]+Y(s)=\dfrac {1}{s}$
步骤 2:代入初始条件
代入初始条件 $y(0)=0$ 和 $y'(0)=-1$,得到:
${s}^{2}Y(s)-(-1)-2sY(s)+Y(s)=\dfrac {1}{s}$
步骤 3:简化方程
简化方程,得到:
${s}^{2}Y(s)+1-2sY(s)+Y(s)=\dfrac {1}{s}$
${s}^{2}Y(s)-2sY(s)+Y(s)=\dfrac {1}{s}-1$
步骤 4:求解 $Y(s)$
将方程整理为关于 $Y(s)$ 的表达式,得到:
$Y(s)=\dfrac {1-s}{({s}^{2}-2s+1)s}$
步骤 5:部分分式分解
对 $Y(s)$ 进行部分分式分解,得到:
$Y(s)=\dfrac {1}{s}-\dfrac {1}{s-1}$
步骤 6:反拉氏变换
对 $Y(s)$ 进行反拉氏变换,得到:
$y(t)={L}^{-1}[Y(s)]={L}^{-1}[\dfrac {1}{s}-\dfrac {1}{s-1}]$
步骤 7:计算反拉氏变换
计算反拉氏变换,得到:
$y(t)=1-{e}^{t}$