一階線性微分方程中將非齊次轉化成齊次求通解是什麼原理?

時間 2021-06-06 17:50:22

1樓:

對於一階線性非齊次微分方程 (1)

先考慮其對應的齊次微分方程 (2)

將(2)變形為:

兩側積分得:

化簡得: (3)

這就是齊次方程(2)的通解,其中 是任意常數接下來我們使用乙個技巧,通過這個齊次(2)的通解來求出非齊次(1)的通解,名為常數變易法

設(1)的通解為:

對其求導得:

將以上兩式代回到(1),整理得:

進一步化簡得到:

故(1)的通解為: (4)

或者,可以從另乙個角度出發來求 (1)的通解將(1)兩側同乘乙個 得:

兩側同乘乙個積分因子 使其變為乙個恰當方程:

湊微分得:

直接積分得:

這樣就求得了(1)的通解:

這與常數變易法求得的結果是一致的

對比非齊次方程(1)的通解(4)和齊次方程(2)的通解(3),容易發現它們之間蘊含著一些關係,事實上,「一階線性非齊次微分方程的通解」等於「一階線性齊次微分方程的通解」加上「一階線性非齊次微分方程的特解」,這一結論可以拓展到n階線性微分方程

引入n階線性微分運算元

則n階線性齊次微分方程可表示為

n階線性非齊次微分方程可表示為

一般地,若 是 的特解, 是 的通解,則 是 的通解首先,由運算元的線性性:

所以 是解

其次,考慮其朗斯基行列式:

從而 是通解

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