题目
对于微分方程y''+3y'+2y=e^-x,利用待定系数法求其特解y^*时,应设其特解y^*=()A. Axe^-xB. Ae^-xC. Ax^2e^-x
对于微分方程$y''+3y'+2y=e^{-x}$,利用待定系数法求其特解$y^*$时,应设其特解$y^*=$()
A. $Axe^{-x}$
B. $Ae^{-x}$
C. $Ax^2e^{-x}$
题目解答
答案
A. $Axe^{-x}$
解析
考查要点:本题主要考查利用待定系数法求解非齐次线性微分方程特解的形式,重点在于判断非齐次项与齐次方程特征根的关系,从而确定特解的构造方式。
解题核心思路:
- 求齐次方程的特征根,确定其形式;
- 分析非齐次项的形式,判断其对应的指数是否为齐次方程的特征根;
- 根据重复情况调整特解形式:若非齐次项的指数与特征根重复,则特解需乘以适当的幂次(单根乘$x$,重根乘$x^2$等)。
破题关键点:
- 特征方程的解:通过解特征方程确定齐次解的结构;
- 非齐次项与特征根的关系:明确非齐次项的指数是否为特征根及其重数;
- 特解形式的修正:根据重复情况调整特解中的多项式因子。
步骤1:求齐次方程的特征根
齐次方程为 $y'' + 3y' + 2y = 0$,对应的特征方程为:
$r^2 + 3r + 2 = 0$
解得特征根:
$r_1 = -1, \quad r_2 = -2$
步骤2:分析非齐次项的形式
非齐次项为 $e^{-x}$,对应指数 $\alpha = -1$。观察发现,$\alpha = -1$ 是齐次方程的单根(仅出现一次)。
步骤3:确定特解形式
根据待定系数法:
- 若非齐次项 $e^{\alpha x}$ 的 $\alpha$ 是齐次方程的单根,则特解形式应为 $y^* = A x e^{\alpha x}$;
- 本题中 $\alpha = -1$ 是单根,因此特解应设为:
$y^* = A x e^{-x}$
选项分析:
- 选项A:$A x e^{-x}$,符合上述推导;
- 选项B:$A e^{-x}$,未考虑与特征根重复的情况,错误;
- 选项C:$A x^2 e^{-x}$,适用于$\alpha$是二重根的情况,错误。