(5) ''=y'+x .

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查二阶线性非齐次微分方程的解法,涉及齐次方程通解的求解和特解的构造方法。
解题核心思路:
- 先解对应的齐次方程 $y'' - y' = 0$,通过特征方程法求通解;
- 构造非齐次方程的特解,根据非齐次项 $x$ 的形式假设特解形式;
- 综合齐次通解与特解,得到原方程的通解。
破题关键点:
- 特征方程的求解与根的判断;
- 待定系数法中特解形式的合理假设;
- 代入验证特解时的系数计算。
步骤1:求齐次方程的通解
对应的齐次方程为:
$y'' - y' = 0$
特征方程为:
$r^2 - r = 0 \quad \Rightarrow \quad r(r-1) = 0$
解得根 $r_1 = 0$,$r_2 = 1$,因此齐次方程的通解为:
$y_h = C_1 e^{0 \cdot x} + C_2 e^{1 \cdot x} = C_1 + C_2 e^x$
步骤2:求非齐次方程的特解
非齐次项为 $x$(多项式),假设特解形式为:
$y_p = ax + b$
计算一阶、二阶导数:
$y_p' = a, \quad y_p'' = 0$
代入原方程 $y'' = y' + x$:
$0 = a + x \quad \Rightarrow \quad a + x = 0$
比较系数得:
$\begin{cases}a = 0 \\1 = 0 \quad (\text{矛盾})\end{cases}$
说明假设形式错误,需修正特解形式为:
$y_p = ax + b \quad \Rightarrow \quad \text{但需重新代入计算}$
(注:实际计算中,由于齐次解中已含常数项,需将特解形式改为 $y_p = ax + b$,但此处需重新代入验证)
正确代入过程:
将 $y_p = ax + b$ 代入原方程:
$0 = a + x \quad \Rightarrow \quad a = -1, \quad 0 = x \quad (\text{矛盾})$
实际应调整特解形式为二次多项式:
$y_p = ax^2 + bx$
计算导数:
$y_p' = 2ax + b, \quad y_p'' = 2a$
代入原方程:
$2a = 2ax + b + x \quad \Rightarrow \quad 2a = (2a + 1)x + b$
比较系数得:
$\begin{cases}2a + 1 = 0 \\b = 2a\end{cases}$
解得:
$a = -\dfrac{1}{2}, \quad b = -1$
因此特解为:
$y_p = -\dfrac{1}{2}x^2 - x$
步骤3:写出通解
通解为齐次解与特解之和:
$y = y_h + y_p = C_1 + C_2 e^x - \dfrac{1}{2}x^2 - x$