题目
1、单选 微分方程y^primeprime+2y^prime-3y=(x+1)e^x的特解形式可设为()(3分)A. y^*=(ax+b)e^xB. y^*=x(ax+b)e^xC. y^*=x^2(ax+b)e^xD. y^*=x^3(ax+b)e^x
1、单选 微分方程$y^{\prime\prime}+2y^{\prime}-3y=(x+1)e^{x}$的特解形式可设为()(3分)
A. $y^{*}=(ax+b)e^{x}$
B. $y^{*}=x(ax+b)e^{x}$
C. $y^{*}=x^{2}(ax+b)e^{x}$
D. $y^{*}=x^{3}(ax+b)e^{x}$
题目解答
答案
B. $y^{*}=x(ax+b)e^{x}$
解析
考查要点:本题主要考查二阶非齐次线性微分方程特解形式的确定方法,涉及待定系数法的应用。
解题核心思路:
- 求解齐次方程的特征根,确定通解形式;
- 分析非齐次项的结构,判断其对应的指数函数是否与齐次解重复;
- 根据重复根的重数,确定特解形式中需乘的幂次因子。
破题关键点:
- 齐次方程的特征根为 $r_1=1$ 和 $r_2=-3$,其中 $e^x$ 对应的特征根 $r=1$ 是单根;
- 非齐次项 $(x+1)e^x$ 中的 $e^x$ 与齐次解重复,需在特解中乘以 $x$ 的一次方。
步骤1:求齐次方程的特征根
齐次方程为 $y'' + 2y' - 3y = 0$,其特征方程为:
$r^2 + 2r - 3 = 0$
解得特征根:
$r_1 = 1, \quad r_2 = -3$
因此,齐次方程的通解为:
$y_h = C_1 e^x + C_2 e^{-3x}$
步骤2:分析非齐次项的结构
非齐次项为 $(x+1)e^x$,其中:
- 指数部分 $e^x$ 对应特征根 $r=1$;
- 多项式部分为一次多项式 $x+1$。
步骤3:确定特解形式
由于 $r=1$ 是齐次方程的单根,根据待定系数法,特解形式需乘以 $x^1$,即:
$y^* = x \cdot (ax + b) e^x$
其中 $(ax + b)$ 是与非齐次项中多项式次数相同的待定系数多项式。