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已知y1=xex+e2x,y2=xex+e-x,y3=xex+e2x-e-x是某二阶线性非齐次微分方程的三个解,求该微分方程.
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参考解答
正确答案:设所求方程为y'+py'+qy=f(x)只需求出pqf(x)即可. 由线性方程解的性质得y1-y3=e-x(y1-y2)+(y1-y3)=e2x 是对应的齐次方程y'+py'+qy=0的两个线性无关的解所以 λ1=-1λ2=2是特征方程λ2+pλ+q=0的根由根与系数的关系得P=-1q=-2.将y1=xex+e2x代入方程y'+Py'+qy=f(x)可得 f(x)=(1—2x)ex.所求方程为 y'-y'-2y=(1—2x)e.
[分析由于二阶常系数线性齐次微分方程由其特征方程唯一确定,因此可先由齐次方程的解得到对应的特征根,再由根与系数的关系确定特征方程,从而得到齐次微分方程.[评注1对于二阶常系数线性齐次微分方程y'+py'+qy=0,函数Aeαx是其解的充要条件为λ=α是特征方程λ2+pλ+q=0的根;函数Aesinβx,Beαxcosβx,或eαx(Asinβx+Bcosβx)是其解的充要条件为λ=α土β是特征方程λ2+pλ+q=0的根.[评注2对于本题,由于y1-y3=e-x,(y1-y21)+(y1-y3)=e2x是对应的齐次方程y'+py'+qy=0的两个线性无关的解,y2+(y3-y1)=xex是对应的非齐次方程的一个特解,所以,所求方程的通解为y=C1e2x+C2e-x+xex.[评注3易求出y'=2C1e2x-C2e-x+xex+ex,y'=4C1e2x+C2e-x+xex+2ex,从y,y',y'中消去C2,C2,即可得到所求的二阶方程为y'-y'-2y=(1—2x)ex.
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