二阶线性微分方程的分类

二阶微分方程解二阶微分方程分为齐次和非齐次两种类型。

在这里，我们主要讨论二阶常系数齐次线性微分方程的解法。

二阶常系数齐次线性微分方程的一般形式为：ayy'' + by' + cy = 0其中，a、b、c为常数。

求解过程如下：1. 特征方程：首先求出微分方程的特征方程。

特征方程为：r^2 - pr - q = 0其中，p、q为常数。

2. 求解特征方程：求出特征方程的两个根r1和r2。

可以使用公式：r1,2 = (-p ±√(p^2 - 4q)) / 23. 根据根与系数的关系，得出二阶微分方程的通解：通解= yC1* e^(r1x) + yC2 * e^(r2x)其中，yC1和yC2为待定系数，可通过初始条件求解。

4. 求解特解：若需要求解特解，可以先设特解的形式为y = yE(x)，然后将其代入原方程，求解待定系数。

举例：求解二阶常系数齐次线性微分方程：yy'' - 2y' + 3y = 01. 特征方程：r^2 - 2r + 3 = 02. 求解特征方程：r1= 1，r2 = 33. 通解：通解= yC1* e^x + yC2* e^-x4. 求解特解：设特解为y = yE(x) = e^(x^2)将其代入原方程，求解得到yE(x)为原方程的特解。

需要注意的是，二阶微分方程的解法不仅限于齐次方程，还包括非齐次方程。

非齐次方程的解法通常需要先求解齐次方程的通解，然后通过待定系数法求解特解。

此外，还有其他类型的二阶微分方程，如艾里方程等，其解法更为复杂。

第六章 二阶线性偏微分方程的分类与小结一 两个自变量的二阶线性方程 1 方程变换与特征方程两个自变量的二阶线性偏微分方程总表示成f cu u b u b u a u a u a y x yy xy xx =+++++212212112 ①它关于未知函数u 及其一、二阶偏导数都是线性的，其中f u c b b a a a ，，，，，，，21221211都是自变量y x ,的已知函数，假设它们的一阶偏 导数在某平面区域D 内都连续，而且221211a a a ，，不全为0 。

设),(000y x M 是D 内给定的一点，考虑在0M 的领域内对方程进行简化。

取自变量变换),(y x ξξ=,),(y x ηη=其中它们具有二连续偏导数，而且在0M 处的雅可比行列式。

=∂∂),(),(y x ηξyx yx ηηξξ =x y y x ηξηξ- 根据隐函数存在定理，在0M 领域内存在逆变换,),(ηξx x =,),(ηξy y =因为x x x u u u ηξξξ+=，y y y u u u ηξξξ+=xx xx x x x x xx u u u u u u ηξηηξξηξηηξηξξ++++=222 yy yy y y y y yy u u u u u u ηξηηξξηξηηξηξξ++++=222 xy xy y x x y y x x x xy u u u u u u ηξηηηξηξξξηξηηξηξξ+++++=)(将代入①使其变为F Cu u B u B u A u A u A =+++++ηξηηξηξξ212212112经过变换后，方程的阶数不会升高，由变换的可逆性，方程的阶数也不会降低，所以221211,,A A A 不全为0。

并可验证222112122211212))((x y y x a a a A A A ηξηξ--=-这表明，在可逆变换下22211212A A A -与2211212a a a -保持相同的正负号。

第二章 二阶线性偏微分方程的分类1．把下列方程化为标准形式：（1）02=+++++u cu bu au au au y x yy xy xx 解：因为022211212=⋅-=-a a a a a a所以该方程是抛物型方程，其特征方程为122=-±=aa a a dx dy 。

它只有一族实的特征线 c x y =-在这种情况下，我们设x y -=ξ，x =η（或令y =η，总之，此处η是与ξ无关的任一函数，当然宜取最简单的函数形式x =η或y =η）。

方法一：用抛物型方程的标准形式][12122F Cu u B u B A +++-=ηξηηη 先算出：⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧-====⋅+⋅+⋅+⋅+⋅=++++=⋅+-+⋅+⋅+⋅=++++==⋅+⋅+=++=b c C b c b a a a b b a a a B c b a a a b b a a a B a a a a a a a A y x yy xy xx y x yy xy xx y y x x 0F ,1010020 2 1)1(0020 2 002 22122121122122121112221221122ηηηηηξξξξξηηηη ∴])[(1u bu u c b au +++--=ηξηη即01=++-+u au a b u a b c u ηξηη 方法二：应用特征方程，作自变量变换，求出⎪⎩⎪⎨⎧=+-=+-=+--==+-= ,2 ,ξξηξξξηηξηξξηηηξξηξξξηξu u u u u u u u u u u u u u u u u u yy xy xx y x 代入原方程得，0)(=++-+u bu u b c au ηξξη（2）06232=++--y x yy xy xx u u u u u ，解：因为042211212>=-a a a ，所以该方程是双曲型的其特征方程为 ⎩⎨⎧-=+±-=311311dx dy ，特征线为1c y x =-和23c y x =+。

微分方程二阶线性微分方程微分方程是数学中的一个重要分支，它研究的是函数与函数的导数（或微分）之间的关系。

其中，二阶线性微分方程是微分方程中的一种常见形式。

在本文中，我们将从定义、特征解和常系数二阶线性微分方程等方面进行详细介绍。

一、定义二阶线性微分方程是指形如 y''(x) + p(x)y'(x) + q(x)y(x) = f(x) 的微分方程，其中 p(x)、q(x) 和 f(x) 都是已知函数。

其中，y''(x) 表示 y(x) 的二阶导数，y'(x) 表示 y(x) 的一阶导数，y(x) 表示未知函数，p(x)、q(x) 和 f(x) 表示已知函数。

二、特征解对于二阶线性微分方程，我们可以找到一组特解和一组通解。

特解是指特定形式的解，可以通过代入法或常数变异法等方法求解。

通解是指一组解的集合，包括特解和齐次线性微分方程的解。

齐次线性微分方程是指当 f(x) = 0 时的微分方程。

特解和通解的求解方法可以根据具体的二阶线性微分方程的特点选择不同的方法，如常数变异法、待定系数法等。

求解过程中需要注意初始条件的限制，以确保解的唯一性。

三、常系数二阶线性微分方程常系数二阶线性微分方程是指系数 p(x) 和 q(x) 都是常数的微分方程，即 y''(x) + py'(x) + qy(x) = f(x)。

对于常系数二阶线性微分方程，可以通过特征方程来求解其通解。

特征方程的形式为 r^2 + pr + q = 0，其中 r 是未知的。

特征方程的根决定了通解的形式。

当特征方程有两个不相等的实根时，通解可以表示为 y(x) = C1e^r1x + C2e^r2x，其中 C1 和 C2 是常数。

当特征方程有两个相等的实根时，通解可以表示为 y(x) = (C1 +C2x)e^rx，其中 C1 和 C2 是常数。

当特征方程有两个共轭的复根时，通解可以表示为 y(x) =e^(αx)(C1cosβx + C2sinβx)，其中 C1 和 C2 是常数，α 和β 是复数。

微分方程的分类微分方程是数学中非常重要的一部分，它是研究变化的数学工具。

微分方程可以分为很多种，下面将详细介绍几种常见的微分方程及其应用。

一、一阶微分方程一阶微分方程是指方程中只有一阶导数的微分方程，比较常见的形式是dy/dx=f(x)，其中f(x)是x的函数。

一阶微分方程的求解需要使用分离变量法、齐次方程法、一阶线性微分方程法等方法。

一阶微分方程的应用非常广泛，如物理学中的运动方程、化学反应动力学方程等。

二、二阶线性微分方程二阶线性微分方程是指方程中只有二阶导数的微分方程，常见的形式是y''+p(x)y'+q(x)y=f(x)，其中p(x)、q(x)、f(x)都是x的函数。

二阶线性微分方程的求解需要使用常系数齐次线性微分方程法、常系数非齐次线性微分方程法等方法。

二阶线性微分方程的应用非常广泛，如物理学中的谐振子方程、电路中的振荡电路方程等。

三、偏微分方程偏微分方程是指方程中包含多个自变量的微分方程，常见的形式是u_t=k(u_xx+u_yy)，其中u是未知函数，t是时间，x、y是空间坐标，k是常数。

偏微分方程的求解需要使用分离变量法、变量代换法、特征线法等方法。

偏微分方程的应用广泛，如热传导方程、波动方程、扩散方程等。

四、常微分方程组常微分方程组是指包含多个未知函数的微分方程组，比较常见的形式是x' = f(x, y), y' = g(x, y)，其中x、y是未知函数，f(x,y)、g(x,y)是x、y的函数。

常微分方程组的求解需要使用线性代数、矩阵论等方法。

常微分方程组的应用非常广泛，如经济学中的IS-LM模型、生态学中的捕食-被捕食者模型等。

五、随机微分方程随机微分方程是指微分方程中包含随机项的微分方程，常见的形式是dx=f(x,t)dt+g(x,t)dw，其中dw是随机项，f(x,t)、g(x,t)是x、t 的函数。

随机微分方程的求解需要使用随机分析等方法。

第六章 二阶线性偏微分方程的分类与小结一 两个自变量的二阶线性方程 1 方程变换与特征方程两个自变量的二阶线性偏微分方程总表示成fcu u b u b u a u a u a y x yy xy xx =+++++212212112 ①它关于未知函数u 及其一、二阶偏导数都是线性的，其中fu c b b a a a ，，，，，，，21221211都是自变量y x ,的已知函数，假设它们的一阶偏 导数在某平面区域D 内都连续，而且221211a a a ，，不全为0 。

设),(000y x M 是D 内给定的一点，考虑在0M 的领域内对方程进行简化。

取自变量变换),(y x ξξ=,),(y x ηη=其中它们具有二连续偏导数，而且在0M 处的雅可比行列式。

=∂∂),(),(y x ηξyx yx ηηξξ =x y y x ηξηξ- 根据隐函数存在定理，在0M 领域内存在逆变换,),(ηξx x =,),(ηξy y =因为x x x u u u ηξξξ+=，y y y u u u ηξξξ+= xx xx x x x x xx u u u u u u ηξηηξξηξηηξηξξ++++=222yy yy y y y y yy u u u u u u ηξηηξξηξηηξηξξ++++=222 xy xy y x x y y x x x xy u u u u u u ηξηηηξηξξξηξηηξηξξ+++++=)(将代入①使其变为F Cu u B u B u A u A u A =+++++ηξηηξηξξ212212112经过变换后，方程的阶数不会升高，由变换的可逆性，方程的阶数也不会降低，所以221211,,A A A 不全为0。

并可验证222112122211212))((x y y x a a a A A A ηξηξ--=-这表明，在可逆变换下22211212A A A -与2211212a a a -保持相同的正负号。

8.2 二阶线性微分方程一．二阶线性微分方程的概念形如)()()(x f y x q y x p y =+'+'' ①的方程，称为二阶线性方程（关于y 及y '、y ''的一次方程。

)(x p 、)(x q 、)(x f 均为已知函数）。

特别的，0)(=x f 时，相应的方程0)()(=+'+''y x q y x p y ②称为二阶齐次线性方程。

0)(≠x f 时，方程①称为二阶非齐次线性方程。

如果方程①中的)(x p 、)(x q 恒为常数，即)(x f qy y p y =+'+'' ③称为二阶常系数线性方程。

二．二阶线性微分方程解的结构三．二阶常系数齐次线性微分方程的解二阶常系数线性微分方程③中，若0)(=x f ，则相应的方程0=+'+''qy y p y ④称为二阶常系数齐次线性微分方程。

1．特征方程 特征根02=++q p λλ称为方程④的特征方程，特征方程的根称为方程④的特征根。

2．二阶常系数齐次线性微分方程④解的情况（i ）特征方程有两个不等的实根21λλ、时，齐次方程④有通解：xxeC eC y 2121λλ+=；（ii ）特征方程二重实根λλλ==21时，齐次方程④有通解：x e x C C y λ)(21+=；（iii ）特征方程有共轭虚根βαλi ±=2,1时，齐次方程④有通解：)sin cos (21x C x C e y x ββα+=；例1 以xx xe C eC y 3231--+=为通解的二阶常系数线性微分方程为 。

解：由通解知，3-=λ是特征方程的二重根，所以特征方程为0)3(2=+λ，即 0962=+-λλ。

故相应的二阶常系数线性微分方程为096=+'-''y y y 。

例2 求方程032=-'-''y y y 的通解。