第七节 常系数齐次线性微分方程
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线性齐次微分方程与常系数齐次微分方程线性齐次微分方程是微分方程中的常见类型之一,特点是方程中只包含未知函数及其导数,且各项的系数是常数。
常系数齐次微分方程是线性齐次微分方程的一种特殊形式,其中各项的系数都是常数。
一、线性齐次微分方程的定义与性质在数学中,线性齐次微分方程的一般形式可表示为:$$\frac{{d^n y}}{{dx^n}} + a_{n-1}\frac{{d^{n-1} y}}{{dx^{n-1}}} + \cdots + a_1\frac{{dy}}{{dx}} + a_0y = 0$$其中,$a_0, a_1, \cdots, a_{n-1}$为常数,$y$为未知函数,$n$为正整数。
线性齐次微分方程的性质如下:1. 线性齐次微分方程是n阶微分方程,其解包括n个独立的任意常数;2. 如果$y_1(x), y_2(x), \cdots, y_n(x)$是齐次方程的解,那么对应的线性组合$c_1y_1(x) + c_2y_2(x) + \cdots + c_ny_n(x)$也是方程的解;3. 如果$y_1(x)$和$y_2(x)$分别是齐次方程的解,那么它们的线性组合$c_1y_1(x) + c_2y_2(x)$也是齐次方程的解;4. 对于齐次方程的任意解$y(x)$,可以通过乘以任意非零常数$k$得到另一个解$k\cdot y(x)$。
二、常系数齐次微分方程的解法常系数齐次微分方程是线性齐次微分方程的特殊形式,其特点是方程中各项的系数均为常数。
对于一阶常系数齐次微分方程,其一般形式为:$$\frac{{dy}}{{dx}} + ay = 0$$其中,$a$为常数。
常系数齐次微分方程的解法如下:1. 将方程改写为$\frac{{dy}}{{dx}} = -ay$;2. 将方程分离变量,得$\frac{{dy}}{{y}} = -a\,dx$;3. 对两边同时求不定积分,得到$\ln|y| = -ax + C$;4. 解出原方程的解为$y(x) = Ce^{-ax}$,其中$C$为任意常数。