题目
微分方程^(n)=(e)^ax+(x)^b的通解为( )^(n)=(e)^ax+(x)^b^(n)=(e)^ax+(x)^b^(n)=(e)^ax+(x)^b^(n)=(e)^ax+(x)^b^(n)=(e)^ax+(x)^b^(n)=(e)^ax+(x)^b^(n)=(e)^ax+(x)^b^(n)=(e)^ax+(x)^b
微分方程的通解为( )
题目解答
答案
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故选A
解析
本题考查n阶常系数非齐次线性微分方程的通解求解。解题核心思路是:
- 齐次方程的通解:对应特征方程$r^n=0$,特征根为0(n重根),齐次解为多项式形式。
- 非齐次方程的特解:
- 指数项$e^{ax}$:若$a$不是特征根,特解形式为$Ae^{ax}$,通过待定系数法确定$A$。
- 多项式项$x^b$:若$b$不与齐次解中的幂次冲突,特解形式为$Kx^{b+n}$,通过求导确定$K$。
- 通解结构:齐次解+特解之和。
齐次方程通解
齐次方程$y^{(n)}=0$的特征方程为$r^n=0$,根为$r=0$(n重根)。齐次解为:
$y_h = C_1x^{n-1} + C_2x^{n-2} + \cdots + C_{n-1}x + C_n$
非齐次方程特解
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指数项$e^{ax}$:
- 假设特解为$y_{p1} = Ae^{ax}$,代入方程得:
$Aa^n e^{ax} = e^{ax} \implies A = \frac{1}{a^n}$ - 特解为$y_{p1} = \frac{1}{a^n}e^{ax}$。
- 假设特解为$y_{p1} = Ae^{ax}$,代入方程得:
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多项式项$x^b$:
- 由于齐次解中包含$x^k$($k=0,1,\dots,n-1$),若$b \geq 0$,需将特解形式设为$y_{p2} = Kx^{b+n}$。
- 计算n阶导数:
$y_{p2}^{(n)} = K(b+n)(b+n-1)\cdots(b+1)x^b$ - 代入方程得:
$K(b+n)(b+n-1)\cdots(b+1) = 1 \implies K = \frac{1}{(b+n)(b+n-1)\cdots(b+1)}$ - 特解为$y_{p2} = \frac{1}{(b+n)(b+n-1)\cdots(b+1)}x^{b+n}$。
通解合成
通解为齐次解+特解之和:
$y = \frac{1}{a^n}e^{ax} + \frac{1}{(b+n)(b+n-1)\cdots(b+1)}x^{b+n} + C_1x^{n-1} + \cdots + C_n$