微分方程 (d^2 y)/(dx^2) + w^2 y = 0 的通解是 (),其中 c, c_1, c_2 均为任意常数。A. y = c cos wxB. y = c sin wxC. y = c_1 cos wx + c_2 sin wxD. y = c cos wx + c sin wx
A. $y = c \cos wx$
B. $y = c \sin wx$
C. $y = c_1 \cos wx + c_2 \sin wx$
D. $y = c \cos wx + c \sin wx$
题目解答
答案
解析
本题考查二阶常系数齐次线性微分方程的通解求解。解题思路是先写出给定微分方程的特征方程,然后求解特征方程的根,最后根据特征根的情况写出通解。
步骤一:写出特征方程
对于二阶常系数齐次线性微分方程$\frac{d^{2}y}{dx^{2}}+p\frac{dy}{dx}+qy = 0$(其中$p$、$q$为常数),其特征方程为$r^{2}+pr + q = 0$。
在微分方程$\frac{d^{2}y}{dx^{2}}+\omega^{2}y = 0$中,$p = 0$,$q=\omega^{2}$,所以特征方程为$r^{2}+\omega^{2}=0$。
步骤二:求解特征方程的根
对特征方程$r^{2}+\omega^{2}=0$进行求解,移项可得$r^{2}=-\omega^{2}$,两边同时开平方,得到$r=\pm\sqrt{-\omega^{2}}=\pm i\omega$,即特征方程有一对共轭复根$r_1 = i\omega$,$r_2=-i\omega$。
步骤三:根据特征根写出通解
当二阶常系数齐次线性微分方程的特征方程有一对共轭复根$r_{1,2}=\alpha\pm i\beta$时,其通解为$y = e^{\alpha x}(c_1\cos\beta x + c_2\sin\beta x)$。
在本题中,$\alpha = 0$,$\beta=\omega$,代入通解公式可得$y = e^{0\times x}(c_1\cos\omega x + c_2\sin\omega x)=c_1\cos\omega x + c_2\sin\omega x$,其中$c_1$、$c_2$为任意常数。