题目
求微分方程 ''-4y'+4y=0 的通解.

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查二阶常系数齐次线性微分方程的解法,核心思路是通过特征方程法求解微分方程的通解。
解题核心思路:
- 建立特征方程:将微分方程中的导数项替换为对应的特征变量幂次,得到一个二次方程。
- 求解特征根:通过解二次方程得到根的情况(实根、复根、重根)。
- 构造通解:根据根的不同情况,组合对应的解形式。本题中特征方程有重根,因此通解形式为 $e^{\lambda x}(C_1 + C_2 x)$。
破题关键点:正确写出特征方程并判断根的性质,是解题的核心步骤。
步骤1:写出特征方程
将微分方程 $y'' - 4y' + 4y = 0$ 中的 $y''$、$y'$、$y$ 分别替换为 $r^2$、$r$、$1$,得到特征方程:
$r^2 - 4r + 4 = 0$
步骤2:求解特征根
解方程 $r^2 - 4r + 4 = 0$:
- 判别式 $\Delta = (-4)^2 - 4 \cdot 1 \cdot 4 = 16 - 16 = 0$,说明方程有两个相等的实根。
- 根为 $r_1 = r_2 = \frac{4}{2} = 2$。
步骤3:构造通解
当特征方程有重根 $r_1 = r_2 = \lambda$ 时,通解形式为:
$y = e^{\lambda x}(C_1 + C_2 x)$
代入 $\lambda = 2$,得通解:
$y = e^{2x}(C_1 + C_2 x)$