题目
4.求微分方程y''+y'-2y=0的通解.(5分)
4.求微分方程y''+y'-2y=0的通解.(5分)
题目解答
答案
特征方程为 $ r^2 + r - 2 = 0 $,解得 $ r = -2 $ 或 $ r = 1 $。
根据二阶线性齐次微分方程的解法,通解为:
\[
y = C_1 e^{r_1 x} + C_2 e^{r_2 x} = C_1 e^{-2x} + C_2 e^x
\]
其中 $ C_1 $,$ C_2 $ 为任意常数。
**答案:**
\[
\boxed{C_1 e^{-2x} + C_2 e^x}
\]
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,核心是特征方程法的应用。
解题思路:
- 构造特征方程:将微分方程中的$y''$替换为$r^2$,$y'$替换为$r$,常数项替换为$1$,得到特征方程。
- 求解特征根:解二次方程得到根$r_1$和$r_2$。
- 确定通解形式:根据特征根的不同情况,写出对应的通解。本题中特征根为两个不相等的实根,因此通解为两个指数函数的线性组合。
步骤1:构造特征方程
将微分方程$y'' + y' - 2y = 0$中的导数项替换为对应的特征变量:
$r^2 + r - 2 = 0$
步骤2:求解特征方程
使用求根公式:
$r = \frac{-b \pm \sqrt{b^2 - 4ac}}{2a}$
代入$a=1$,$b=1$,$c=-2$:
$r = \frac{-1 \pm \sqrt{1^2 - 4 \cdot 1 \cdot (-2)}}{2 \cdot 1} = \frac{-1 \pm 3}{2}$
解得:
$r_1 = 1, \quad r_2 = -2$
步骤3:写出通解
由于特征根为两个不相等的实根,通解形式为:
$y = C_1 e^{r_1 x} + C_2 e^{r_2 x}$
代入$r_1 = 1$和$r_2 = -2$,得:
$y = C_1 e^{x} + C_2 e^{-2x}$