题目
微分方程^n-y=4x(e)^x的通解是()^n-y=4x(e)^x
微分方程
的通解是()

题目解答
答案
先求齐次微分方程的通解,因为其特征方程为
,
解得
∴齐次微分方程的通解为
,
再求非齐次微分方程的特解,由于1是特征根,所以特解的具体形式为
;
∴
将
,
带入到到微分方程得

整理得
∴
;解得
。
∴微分方程得特解为
;
∴通解为
故答案选C。
解析
步骤 1:求齐次微分方程的通解
齐次微分方程为$y''-y=0$,其特征方程为${\lambda }^{2}-1=0$,解得${\lambda }_{1}=1$,${\lambda }_{2}=-1$。因此,齐次微分方程的通解为$y(x)={C}_{1}{e}^{x}+{C}_{2}{e}^{-x}$。
步骤 2:求非齐次微分方程的特解
由于1是特征根,所以特解的具体形式为$y(x)=x(ax+b){e}^{x}=(a{x}^{2}+bx){e}^{x}$。计算$y(x)$的导数:
$y'(x)={e}^{x}(2ax+b+a{x}^{2}+bx)$
$y''(x)={e}^{x}(2a+2ax+b+2ax+b+a{x}^{2}+bx)$
$={e}^{x}(a{x}^{2}+4ax+bx+2a+2b)$
将$y(x)$,$y'(x)$,$y''(x)$带入到微分方程得:
$(a{x}^{2}+4ax+bx+2a+2b)-(a{x}^{2}+bx){e}^{x}=4x{e}^{x}$
整理得$(4ax+2a+2b){e}^{x}=4x{e}^{x}$
解得$a=1$,$b=-1$。因此,微分方程的特解为$y(x)=({x}^{2}-x){e}^{x}$。
步骤 3:求微分方程的通解
微分方程的通解为$y(x)=y(x)+y(x)={C}_{1}{e}^{x}+{C}_{2}{e}^{-x}+({x}^{2}-x){e}^{x}$。
齐次微分方程为$y''-y=0$,其特征方程为${\lambda }^{2}-1=0$,解得${\lambda }_{1}=1$,${\lambda }_{2}=-1$。因此,齐次微分方程的通解为$y(x)={C}_{1}{e}^{x}+{C}_{2}{e}^{-x}$。
步骤 2:求非齐次微分方程的特解
由于1是特征根,所以特解的具体形式为$y(x)=x(ax+b){e}^{x}=(a{x}^{2}+bx){e}^{x}$。计算$y(x)$的导数:
$y'(x)={e}^{x}(2ax+b+a{x}^{2}+bx)$
$y''(x)={e}^{x}(2a+2ax+b+2ax+b+a{x}^{2}+bx)$
$={e}^{x}(a{x}^{2}+4ax+bx+2a+2b)$
将$y(x)$,$y'(x)$,$y''(x)$带入到微分方程得:
$(a{x}^{2}+4ax+bx+2a+2b)-(a{x}^{2}+bx){e}^{x}=4x{e}^{x}$
整理得$(4ax+2a+2b){e}^{x}=4x{e}^{x}$
解得$a=1$,$b=-1$。因此,微分方程的特解为$y(x)=({x}^{2}-x){e}^{x}$。
步骤 3:求微分方程的通解
微分方程的通解为$y(x)=y(x)+y(x)={C}_{1}{e}^{x}+{C}_{2}{e}^{-x}+({x}^{2}-x){e}^{x}$。