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数学
题目

下列函数中,()是微分方程 y'' - 7y' + 12y = 0 的解.A. y = x^3;B. y = x^2;C. y = e^3x;D. y = e^2x.

下列函数中,()是微分方程 $y'' - 7y' + 12y = 0$ 的解.

A. $y = x^3$;

B. $y = x^2$;

C. $y = e^{3x}$;

D. $y = e^{2x}$.

题目解答

答案

C. $y = e^{3x}$;

解析

考查要点:本题主要考查二阶常系数齐次微分方程的解法,特别是通过特征方程法确定解的结构。

解题核心思路:

  1. 构造特征方程:将微分方程中的微分项替换为代数项,得到特征方程。
  2. 求解特征根:解二次方程得到根的值,根据根的不同情况写出通解。
  3. 验证选项:将选项代入通解形式或直接代入原方程验证是否成立。

破题关键点:

  • 特征方程的正确构造是基础,需注意系数对应关系。
  • 特征根的判别直接影响通解的形式,本题中为两个不同的实根,通解为对应指数函数的线性组合。
  • 选项匹配时,只需判断选项是否属于通解中的特例形式(如某一项系数为1,另一项为0)。

步骤1:构造特征方程
将微分方程 $y'' - 7y' + 12y = 0$ 中的微分项替换为代数项,得到特征方程:
$r^2 - 7r + 12 = 0.$

步骤2:求解特征根
解方程 $r^2 - 7r + 12 = 0$,判别式 $\Delta = (-7)^2 - 4 \cdot 1 \cdot 12 = 1$,根为:
$r = \frac{7 \pm \sqrt{1}}{2} = \frac{7 \pm 1}{2}.$
因此,特征根为 $r_1 = 4$ 和 $r_2 = 3$。

步骤3:写出通解
根据两个不同的实根,通解为:
$y = C_1 e^{3x} + C_2 e^{4x},$
其中 $C_1$ 和 $C_2$ 为任意常数。

步骤4:验证选项

  • 选项C:$y = e^{3x}$
    当 $C_1 = 1$,$C_2 = 0$ 时,属于通解形式,因此是方程的解。
  • 选项D:$y = e^{2x}$
    指数项中的 $2$ 不是特征根,因此不属于通解形式,代入原方程不成立。
  • 选项A、B:多项式函数无法满足特征方程的指数解结构,直接排除。

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