题目
微分方程y''-2y'=xe^2x的一个特解应具有形式()A. (Ax+B)e^2xB. Ax)e^2xC. Ax^2)e^2xD. x(Ax+B)e^2x
微分方程$y''-2y'=xe^{2x}$的一个特解应具有形式()
A. $(Ax+B)e^{2x}$
B. $Ax)e^{2x}$
C. $Ax^2)e^{2x}$
D. $x(Ax+B)e^{2x}$
题目解答
答案
D. $x(Ax+B)e^{2x}$
解析
考查要点:本题主要考查二阶非齐次线性微分方程特解形式的确定方法,特别是当非齐次项与齐次解中的特征根重复时的处理方式。
解题核心思路:
- 求解齐次方程的特征根,确定齐次解的形式;
- 分析非齐次项的形式,判断是否与齐次解中的指数项重复;
- 根据重复次数调整特解形式,通过乘以适当的幂次避免重复。
破题关键点:
- 特征根的判断:齐次方程的特征根为 $r=0$ 和 $r=2$;
- 非齐次项的结构:$xe^{2x}$ 中的指数 $e^{2x}$ 对应特征根 $r=2$,且该特征根为单根;
- 特解形式调整:因非齐次项与齐次解中的 $e^{2x}$ 重复,需乘以 $x$ 的一次方,最终特解形式为 $x(Ax+B)e^{2x}$。
步骤1:求解齐次方程
齐次方程为 $y'' - 2y' = 0$,其特征方程为:
$r^2 - 2r = 0 \implies r(r-2) = 0$
解得特征根 $r_1 = 0$,$r_2 = 2$,因此齐次解为:
$y_h = C_1 + C_2 e^{2x}$
步骤2:分析非齐次项
非齐次项为 $xe^{2x}$,其中指数函数 $e^{2x}$ 对应特征根 $r=2$。由于 $r=2$ 是齐次方程的单根,根据待定系数法,特解形式需乘以 $x$ 的一次方,即:
$y_p = x \cdot (Ax + B) e^{2x}$
步骤3:匹配选项
选项中符合上述形式的是 D. $x(Ax+B)e^{2x}$。