题目
求微分方程 ''-3y'+2y=x(e)^2x 的通解.

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查二阶非齐次线性微分方程的解法,涉及齐次方程通解的求解和非齐次方程特解的构造方法。
解题核心思路:
- 求解齐次方程:通过特征方程法得到齐次方程的通解。
- 构造特解:根据非齐次项的形式($x e^{2x}$),结合特征根的重数确定特解形式,代入方程后通过待定系数法求解。
破题关键点:
- 特征方程的根:确定齐次方程的通解。
- 特解形式的选择:由于非齐次项中的指数因子$e^{2x}$对应特征方程的单根,需在特解中乘以$x$以避免重复。
1. 求齐次方程的通解
齐次方程为 $y'' - 3y' + 2y = 0$,其特征方程为:
$r^2 - 3r + 2 = 0$
解得特征根 $r_1 = 1$,$r_2 = 2$,因此齐次方程的通解为:
$Y = C_1 e^{x} + C_2 e^{2x}$
2. 构造非齐次方程的特解
非齐次项为 $x e^{2x}$,其中 $\lambda = 2$ 是特征方程的单根(重数 $k=1$),因此特解形式设为:
$y^* = x (b_1 x + b_0) e^{2x}$
3. 代入方程求解系数
将 $y^*$ 代入原方程,计算得:
$y^* = x (b_1 x + b_0) e^{2x}$
求导并整理后,代入方程 $y'' - 3y' + 2y = x e^{2x}$,比较系数得方程组:
$\begin{cases}2b_1 = 1 \\2b_1 + b_0 = 0\end{cases}$
解得 $b_1 = \dfrac{1}{2}$,$b_0 = -1$,因此特解为:
$y^* = x \left( \dfrac{1}{2}x - 1 \right) e^{2x}$
4. 写出通解
通解为齐次解与特解之和:
$y = C_1 e^{x} + C_2 e^{2x} + x \left( \dfrac{1}{2}x - 1 \right) e^{2x}$