题目
求微分方程dfrac (dy)(dx)+y=(e)^-x的通解.
求微分方程
的通解.
题目解答
答案


设通解为:
由于只有一个解,设特解为
代入原方程.


特解为
通解为:
解析
考查要点:本题主要考查一阶线性常微分方程的解法,包括齐次方程的通解求解和非齐次方程特解的待定系数法。
解题核心思路:
- 齐次方程 $\dfrac{dy}{dx} + y = 0$ 的通解可通过分离变量法或特征方程法求得。
- 非齐次方程 的特解形式需根据非齐次项 $e^{-x}$ 与齐次解的关系确定。由于非齐次项与齐次解重复,需将特解设为多项式乘以指数函数的形式。
- 最终通解为齐次解与特解之和。
破题关键点:
- 特征方程法快速求齐次解。
- 待定系数法中特解形式的合理假设。
- 代入特解后通过系数比较确定未知参数。
步骤1:求齐次方程的通解
齐次方程为 $\dfrac{dy}{dx} + y = 0$,其特征方程为 $r + 1 = 0$,解得 $r = -1$。因此齐次解为:
$y_h = C e^{-x}$
步骤2:求非齐次方程的特解
非齐次项为 $e^{-x}$,与齐次解形式相同,因此设特解为:
$y_p = (ax + b)e^{-x}$
步骤3:代入原方程求参数
将 $y_p$ 代入原方程:
- 计算导数:$\dfrac{dy_p}{dx} = a e^{-x} - (ax + b)e^{-x}$
- 代入方程:
$a e^{-x} - (ax + b)e^{-x} + (ax + b)e^{-x} = e^{-x}$ - 化简得:$a e^{-x} = e^{-x}$,解得 $a = 1$,$b$ 任意(后续合并常数项)。
步骤4:写出通解
通解为齐次解与特解之和:
$y = y_h + y_p = C e^{-x} + (x + b)e^{-x} = (x + C)e^{-x}$