下载文档原格式
第六章 线性微分方程组、习题6-11．求出齐次线性微分方程组y t A dt dy)(=的通解，其中分别为：)(t A⎪⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎩⎨⎧==⎩⎨⎧==⎪⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎩⎨⎧=⇒==⇒=⇒⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛≠⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=t C t C C C t t C t t y y y t t ty y y t y t C t C y y y tC y t C y y y y y dt d t t t y t dy t y dt dy t t t t 212121212121212211211121110000.00,0,0.,00;0,00)(A .12211或通解为则方程组的基解矩阵为或取故通解为解：由）（ .0.0)(,,0.,1011,1011)(A .2212112221212121C e te e y e te e t ey te y y e y eC y y y y y y y y dt d t t t t t tt t t t t dt dy dt dy ⎪⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎪⎭⎫⎝⎛=⎩⎨⎧==⎩⎨⎧==⎩⎨⎧=⇒=+=⇒⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫⎝⎛=或通解为则方程组的基解矩阵为取解：由）（φCt t t t y t t t t t ty t y t y t y C y y dy y dy y y y dy dy y y y y y y dt d t dt dy dt dy ⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=⎪⎪⎭⎫⎝⎛-⎩⎨⎧-==⎩⎨⎧====+⇒=+⇒-=⇒⎩⎨⎧-==⇒⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=sin cos cos sin .sin cos cos sin )(,sin cos ,cos sin ,1.C 0.,0110;0110)(A .3212122212211122112212121故通解为则方程组的奇解矩阵为并令取解：由）（φ.0000.021000,,1,0,0,,0C ()()(..)()(,001010100,001010100)(A .4321212121313123212223213311133111223321⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛≠=-⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛====⎩⎨⎧-==⎩⎨⎧==±=⇒=⇒=+=⇒=⇒=⇒⎭⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧---==⇒=---=⇒⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=----------t t t t t t t t t t t t t t ttt t t tttt t t t t t t ttt t t dt dy tdt dy dtdy e e e C e e C e e C y e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e y C y C e y e y e y e y y y y y C y y dy y dy y y y dy dy b a b y eC y y a y y dt dy t 故通解为线性无关即为方程祖的三个解。
第六章常微分⽅程第六章常微分⽅程1．⼀阶⽅程1）可分离变量)()(y g x f y =′2）齐次 )(x y f y =′，令 u xy =。
3）线性 )()(x Q y x P y =+′通解：+∫∫=∫C dx e x Q e y dx x p dx x p )()()(4）伯努利 )1()()(≠=+′ααy x Q y x P y ，令.1u y =?α5）全微分 .0),(),(=+dy y x Q dx y x Pa) 判定:xQ y P ??=??b) 解法:1) 偏积分 2) 凑微分3) 线积分∫∫+=yy x x dy y x Q dx y x P y x u 00),(),(),(0 2．可降阶⽅程:（数三不要求）1) )(x f y =′′2) ),(y x f y ′=′′令dxdP y P y =′′=′, 3) ),(y y f y ′=′′令dy dP Py P y =′′=′, 3．⾼阶线性⽅程:1) 变系数: )()()(x f y x q y x p y =+′+′′⾮齐次0)()(=+′+′′y x q y x p y 齐次解的结构: a) 齐次通解2211y c y c +=,其中21,y y 为齐次两线性⽆关特解 b) ⾮齐次通解 = 齐次通解 + ⾮齐次特解c) ⾮齐次特解I — ⾮齐次特解II = 齐次特解2)常系数:a) 齐次 021=+′+′′y a y a y特征⽅程 0212=++a a ρρ设21,ρρ是特征⽅程两个根1）不等实根：21ρρ≠， x x e C e C y 2121ρρ+=；2）相等实根：ρρρ==21， )(21x C C e y x +=ρ；3）共轭复根：βαρi ±=2,1， )sin cos (21x C x C e y x ββα+=；b) ⾮齐次：)(21x f y a y a y =+′+′′uxn e x P x f )()(,1=o令ux n k e x Q x y )(=? k 等于u 作为特征⽅程根的重数. []x x P x x P e x f m l x ββαsin )(cos )()(,2+=o令[]},max{.sin )(cos )(m l n x x W x x Q e x y n n x k =+=?ββα3）欧拉⽅程（仅数⼀要求）)(1)1(11)(x f y a y x a y x a y x n n n n n n =+′+++令t e x =， y k D D D y x k k )1()1()(+=4．差分⽅程（仅数三要求）1。
计 算 题（每题10分）1、求解微分方程2'22x y xy xe -+=。
2、试用逐次逼近法求方程2y x dxdy+=通过点(0,0)的第三次近似解. 3、求解方程'2x y y y e -''+-=的通解4、求方程组dx dt ydydtx y ==+⎧⎨⎪⎩⎪2的通解5、求解微分方程'24y xy x +=6、试用逐次逼近法求方程2y x dxdy-=通过点(1,0)的第二次近似解。
7、求解方程''+-=-y y y e x '22的通解8、求方程组dxdt x ydydtx y =+=+⎧⎨⎪⎩⎪234的通解9、求解微分方程xy y x '-2=24 10、试用逐次逼近法求方程2y x dxdy-=通过(0,0)的第三次近似解. 11、求解方程''+-=-y y y e x '24的通解12、求方程组dxdtx y dydtx y =+=+⎧⎨⎪⎩⎪2332的通解13、求解微分方程x y y e x (')-=14、试用逐次逼近法求方程22x y dxdy+=通过点(0,0)的第三次逼近解. 15、求解方程''+-=--y y y e x '22的通解16、求解方程x e y y y -=-+''32 的通解17、求方程组⎪⎩⎪⎨⎧-+=-+=yx dt dydtdx x y dt dy dt dx243452的通解 18、解微分方程22(1)(1)0x y dx y x dy -+-= 19、试用逐次逼近法求方程2dyx y dx=-满足初始条件(0)0y =的近似解：0123(),(),(),()x x x x ϕϕϕϕ.20、利用逐次逼近法，求方程22dyy x dx=-适合初值条件(0)1y =的近似解：012(),(),()x x x ϕϕϕ。
（完整版）常微分方程基本概念习题及解答§1.2 常微分方程基本概念习题及解答1．dxdy =2xy,并满足初始条件：x=0,y=1的特解。
解：ydy =2xdx 两边积分有：ln|y|=x 2+c y=e 2x +e c =cex 2另外y=0也是原方程的解，c=0时，y=0原方程的通解为y= cex 2,x=0 y=1时 c=1特解为y= e 2x .2. y 2dx+(x+1)dy=0 并求满足初始条件：x=0,y=1的特解。
解：y 2dx=-(x+1)dy 2y dy dy=-11+x dx 两边积分: -y1=-ln|x+1|+ln|c| y=|)1(|ln 1+x c 另外y=0,x=-1也是原方程的解x=0,y=1时 c=e特解：y=|)1(|ln 1+x c 3．dx dy =yx xy y 321++ 解：原方程为：dxdy =y y 21+31x x + y y 21+dy=31x x +dx 两边积分：x(1+x 2)(1+y 2)=cx 24. (1+x)ydx+(1-y)xdy=0解：原方程为： y y -1dy=-xx 1+dx 两边积分：ln|xy|+x-y=c另外 x=0,y=0也是原方程的解。
5．（y+x ）dy+(x-y)dx=0解：原方程为：dx dy =-yx y x +- 令xy =u 则dx dy =u+x dx du 代入有： -112++u u du=x 1dx ln(u2+1)x 2=c-2arctgu即 ln(y 2+x 2)=c-2arctg2x y . 6. x dxdy -y+22y x -=0 解：原方程为：dx dy =x y +x x ||-2)(1x y - 则令x y =u dx dy =u+ x dx du 211u - du=sgnx x1dx arcsin xy =sgnx ln|x|+c 7. tgydx-ctgxdy=0解:原方程为：tgy dy =ctgxdx 两边积分：ln|siny|=-ln|cosx|-ln|c| siny=x c cos 1=xc cos 另外y=0也是原方程的解，而c=0时，y=0. 所以原方程的通解为sinycosx=c. 8 dx dy +ye xy 32+=0 解：原方程为：dx dy =y e y 2e x 32 e x 3-3e 2y -=c.9.x(lnx-lny)dy-ydx=0解：原方程为：dx dy =x y ln xy 令xy =u ,则dx dy =u+ x dx du u+ x dxdu =ulnu ln(lnu-1)=-ln|cx| 1+lnx y =cy. 10. dxdy =e y x - 解：原方程为：dx dy =e x e y - e y =ce x 11 dxdy =(x+y)2 解：令x+y=u,则dx dy =dx du -1 dxdu -1=u 2 211u +du=dx arctgu=x+carctg(x+y)=x+c 12. dx dy =2)(1y x + 解：令x+y=u,则dx dy =dx du -1 dx du -1=21uu-arctgu=x+cy-arctg(x+y)=c. 13. dx dy =1212+-+-y x y x解: 原方程为：（x-2y+1）dy=(2x-y+1)dxxdy+ydx-(2y-1)dy-(2x+1)dx=0dxy-d(y 2-y)-dx 2+x=cxy-y 2+y-x 2-x=c 14: dx dy =25--+-y x y x 解：原方程为：（x-y-2）dy=(x-y+5)dxxdy+ydx-(y+2)dy-(x+5)dx=0dxy-d(21y 2+2y)-d(21x 2+5x)=0 y 2+4y+x 2+10x-2xy=c. 15:dxdy =(x+1) 2+(4y+1) 2+8xy 1+ 解：原方程为：dxdy =（x+4y ）2+3 令x+4y=u 则dx dy =41dx du -41 41dx du -41=u 2+3 dxdu =4 u 2+13 u=23tg(6x+c)-1 tg(6x+c)=32(x+4y+1). 16:证明方程y x dxdy =f(xy),经变换xy=u 可化为变量分离方程，并由此求下列方程：1）y(1+x 2y 2)dx=xdy2）y x dx dy =2222x -2 y x 2y+ 证明：令xy=u,则xdx dy +y=dxdu 则dx dy =x 1dx du -2x u ，有： u x dx du =f(u)+1)1)((1+u f u du=x1dx 所以原方程可化为变量分离方程。
《常微分方程》题库及答案一．求解下列方程1．求方程0sin cos =+x y dxdyx之通解; 2．求方程xx y ax dy cos 1tan =+之通解； 3．解初值问题2(1)20(0)1dy x xy dx y ⎧-+=⎪⎨⎪=⎩； 4．求方程()lndy x yxy x y dx x+-=+ 之通解； 5．求方程 yx xy y dx dy 321++= 的通解； 6. 求方程 0)3()3(2323=-+-dy y x y dx xy x 的通解； 7．求由以xxx x cos ,sin 为基本解组的线性齐次方程； 8．求方程 2)(22x dx dy xdx dy y +-=的通解及奇解； 9．求方程⎰+=+xx y x dt dtt dy 02)(2))((1 的通解； 10. 求方程 0)sin ()2sin (22=-++dy y xy dx x y x 的通解； 11．求由以 x x x ln , 为基本解组的线性齐次方程； 12．求方程 2222)(12dxdy y y dx y d += 的通解. 13.求方程y y dxdyln =之通解。
14.求方程xy dxdyy x 2)(22=+之通解。
15.求方程0)(222=-+dy y x xydx 之通解。
16. 求方程y x e dxdy-=之通解。
17. 求方程0)2(=+---dy xe y dx e yy 之通解。
18. 求方程x x y y sec tan '=+之通解。
二．1．解初值问题⎪⎩⎪⎨⎧-==y x e axdyy 20)1(2.求如下微分方程组之通解：⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧-=++-=--=z x dtdz z y x dtdyz y x dt dx2. 3.求出初值问题的逐次近似解21,0y y y ：2(0)0dyx y dxy =+=⎧⎪⎨⎪⎩. 4. 求出微分方程0).().(=+dy y x N dx y x M 有形如)(22y x +=ϕυ的积分因子的充要条件。
高数答案（全集）第六章参考答案第六章常微分方程1. (1) b,c,d (2) a,c (3) b,d2. (1) 二阶,线性 (2) 一阶,非线性 (3) 一阶,非线性 (4) 一阶,非线性3. (1)-(3)均为微分方程0222=+y dxy d ω的解,其中(2) (3)为通解 4. (1)将变量分离,得dx ydy cos 2= 两边积分得 c x y +=-sin 1通解为,sin 1c x y +-=此外,还有解0=y(2)分离变量,得dx x x y y d xx dx dy y y )111(1)1(2112222+-=+++=+或两边积分,得cx x y ln )1ln(ln )1ln(212++-=+即(1+ 2y )(1+ x)2=c 1 2x(3)将变量分离,得1122=-+-yydy xxdx积分得通解21x -+)20(12还有使因子21x -?012=-y 的四个解.x=(±)11 y -, y=(±)11 x - (4)将方程改写为(1+y 2)ex2dx-[]0)1( )e y +(1y=+-dy yex2dx=dy y y ??++-2y11 (e 积分得--=y e e y x arctan 212)1ln(212y +-21(5)令 z=x+y+1,z dx dz sin 1+=分解变量得到dx zdz=+sin 1………………(*) 为了便于积分,用1-sinz 乘上式左端的分子和分母,得到dz z z z se dz zzdz z z )tan sec (cos sin 1sin 1sin 1222-=-=-- 将(*)两端积分得到tanz-secz=x+c22z-∏)=x+c,将z 换为原变量,得到原方程的通解 X+c=-tan(214++-∏y x )6.令y=ux,则dy=udx+xdu 代入原方程得x 2( u 2-3)(udx+xdu)+2 x 2udx=0分离变量得du x dx 1)-u(u u 22-=,即得y 3=c(2y -2x ) 7. 令xy u =,则原方程化为dx x udu 1=,解得c x u ==ln 212,即,ln 2222cx x x y +=由定解条件得4=c ,故所求特解为,ln 4222x x x y +=8. 将方程化为x y xyy +-='2)(1，令x yu =，得,u u x y +'=代入得dx x du u 1112=- 得c x u ln ln arcsin +=，cx xyln arcsin= 9．化为x e x y dx dy x =+，解得)(1xe c xy +=，代入e y =)1(得0=c 特解x e y x = 10．由公式得1)()(-+=-x ce y x ??11.化为x y x y dx dy ln 2=+为贝努里方程令xyu =,则原方程化为dx dy y dx du 2--= 代入方程的x u x dx du ln 1-=-用公式求得])(ln 21[2x c x u -=解得12])(ln 21[1--=x c x y 另为，0=y 也是原方程的解 12．为贝努里方程令x yu =,则原方程化为322x xu dx du -=+用公式求得122+-=-x ce u x解得1122+-=-x cey x13．23x y yx dx dy =-将上式看成以y 为自变量的贝努里方程令x z 1=有3y yz dxdy-=- 22212+-=-y ce z y ，得通解1)2(2212=+--y cex y14．令x y N x y M +-=-=4,32有xNy M ??==??1，这是全微分方程0=duxy x y dy x y dx x y u y x +--=---=?32),()0,0(22)4()3(，即方程得通解为c y x xy =--232 15．化为0122=+-+xdx yx xdy ydx ，得通解为c x xy xy =+-+211ln 16．该方程有积分因子221y x +，)(arctan ))ln(21(2222x y d y x d y x ydx xdy xdy ydx ++=+-++ 17．1c e xe dx e xe e xd dx xe y xx x xx x+-=-==='?21211)2()(c x c x e c e xe x c e dx c e xe y x x x x x x ++-=+-++-=+-=?18．xx x dx x x y x1ln 32ln 12--=+=''? 2ln ln 213)1ln 3(21---=--='?x x x dx x x x y x 21ln 2223)2ln ln 213(2212+--=---=?x x x x dx x x x y x19．令y z '=，则xz z =-'，xx x dxdx e c x c e x e c dx xe e z 111)1(])1([][++-=++-=+??=--?即x e c x y 1)1(++-='得2121c e c x y x ++--=20．令p y ='，则dy dp p dx dy dy dp dx dp y =?==''所以0)(2323=+-=+-p p dy dp y p p p dy dp p y 则得p=0或02=+-p p dy dp y，前者对应解，后者对应方程y dy p p dp =-)1(积分得y c pp11=-即y c y c p dx dy 111+==两边积分得21||ln c x y c y '+='+，因此原方程的解是21||ln c x y c y '+='+及y=c 。
习 题 6-11． 求出齐次线性微分方程组 y t A dtdy )(=的通解，其中A （t ）分别为： （1）⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=1011)(t A ；（2）⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=0110)(t A ；（3）⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=000010100)(t A 。
（1）方程组的分量形式为：211y y dt dy += ，22y dtdy = 从后一式容易求出2y 的通解为 t ke y =2 ，其中K 为任意常数，可分别取02=y 和 t e y =2，代入前一式得到两个相应的特解，t e y =1和 t te y =2这样就求得方程组的一个解矩阵为()0tt t e te t e ⎛⎫Φ= ⎪⎝⎭又 2det ()0t t e Φ=≠ 。
因此，)(t Φ是方程组的一个基解矩阵，根据定理6.1 ,方程的通解为⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛t t t e te c e c y y 21210（2）方程的分量形式为 ⎪⎩⎪⎨⎧-==1221y dtdy y dt dy 由①、②可和 21120d y y dt += 由观察法知，t y cos 1=，t y sin 1=为此方程的两个特解，将其代入②式可得两个相应的特解，将其代入②式可得两个相应的特解：2sin y t =-，2cos y t =。
这样就求得方程组的一个解矩阵为 cos int ()int cos t s t s t ⎛⎫Φ= ⎪-⎝⎭又 []01)(det ≠=Φ=t ，因此)(t Φ中方程组的一个基解矩阵。
故方程组的通解为1122cos int int cos y t s c c y s t ⎛⎫⎛⎫⎛⎫=+ ⎪ ⎪ ⎪-⎝⎭⎝⎭⎝⎭ ① ②（3）程组的分量形式为：⎪⎩⎪⎨⎧='='='132231y y y y y y 解 ①+③得3131)(y y y y dtd +=+ 解 ①-③得 1313()d y y y y dt -=- 解之得 131132 t t y y ke y y k e --+=-=由④、⑤可得 ()()⎪⎩⎪⎨⎧-=-=+=+=----tt t t t t t t e c e c e k e k y e c e c e k e k y 312.133******** 又由②得 t e c y 22=由此可求得方程组的一个解矩阵⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=Φ--t t t t te e e e e t 0000)( 显然，[]0)(det ≠-=Φt ze t ，因此)(t Φ是方程组的一个基解矩阵，故方程组的通解为⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--t t t e t e e c e c e e c y y y 00003213213．试证向量函数组 ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛001 ，⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛00x ，⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛002x 在任意区间 b x a <<上线性相关，则存在不全为零的三个常数 321,,c c c 使得,000000012321=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛x c x c c 即 b x a x c x c c <<=++02321①而①式之左端是一个不高于二次的多项式，它最多只可能有二个零点，同此这与①式在b x a <<上恒等于零矛盾，从而得证。
习题1.21．dxdy=2xy,并满足初始条件：x=0,y=1的特解。
解：ydy =2xdx 两边积分有：ln|y|=x +c 2y=e +e =cex另外y=0也是原方程的解，c=0时，y=02x c 2原方程的通解为y= cex ,x=0 y=1时 c=1 2特解为y= e .2x2. y dx+(x+1)dy=0 并求满足初始条件：x=0,y=1的特解。
2解：y dx=-(x+1)dy22y dydy=-11+x dx 两边积分: -y 1=-ln|x+1|+ln|c| y=|)1(|ln 1+x c 另外y=0,x=-1也是原方程的解 x=0,y=1时 c=e 特解：y=|)1(|ln 1+x c3．dx dy =yx xy y 321++ 解：原方程为：dxdy =y y 21+31x x + y y 21+dy=31x x +dx 两边积分：x(1+x )(1+y )=cx2224. (1+x)ydx+(1-y)xdy=0 解：原方程为：y y −1dy=-xx 1+dx两边积分：ln|xy|+x-y=c另外 x=0,y=0也是原方程的解。
5．（y+x ）dy+(x-y)dx=0解：原方程为：dx dy =-yx y x +−令x y =u 则dx dy =u+x dxdu 代入有： -112++u u du=x 1dxln(u +1)x =c-2arctgu 22即 ln(y +x )=c-2arctg 222xy. 6. xdxdy-y+22y x −=0 解：原方程为：dx dy =x y +x x ||-2)(1xy − 则令x y =u dx dy =u+ x dxdu 211u − du=sgnxx1dx arcsinxy=sgnx ln|x|+c 7. tgydx-ctgxdy=0 解:原方程为：tgy dy =ctgxdx 两边积分：ln|siny|=-ln|cosx|-ln|c| siny=x c cos 1=xc cos 另外y=0也是原方程的解，而c=0时，y=0.所以原方程的通解为sinycosx=c.8 dx dy +ye xy 32+=0 解：原方程为：dx dy =ye y 2ex 32 e-3e=c.x32y −9.x(lnx-lny)dy-ydx=0 解：原方程为：dx dy =x y ln xy令x y =u ,则dx dy =u+ x dx duu+ xdx du=ulnu ln(lnu-1)=-ln|cx| 1+lnxy=cy. 10.dxdy =e yx − 解：原方程为：dxdy =e e x y−e =ceyx11dxdy =(x+y) 2解：令x+y=u,则dx dy =dxdu -1 dx du -1=u 2211u +du=dx arctgu=x+c arctg(x+y)=x+c12.dx dy =2)(1y x + 解：令x+y=u,则dx dy =dxdu -1dx du-1=21uu-arctgu=x+c y-arctg(x+y)=c. 13.dx dy =1212+−+−y x y x 解: 原方程为：（x-2y+1）dy=(2x-y+1)dx xdy+ydx-(2y-1)dy-(2x+1)dx=0 dxy-d(y 2-y)-dx +x=c2xy-y 2+y-x -x=c214:dx dy =25−−+−y x y x 解：原方程为：（x-y-2）dy=(x-y+5)dx xdy+ydx-(y+2)dy-(x+5)dx=0dxy-d(21y 2+2y)-d(21x +5x)=0 2y 2+4y+x +10x-2xy=c. 215:dxdy =(x+1) +(4y+1) +8xy 221+ 解：原方程为：dxdy =（x+4y ）+32令x+4y=u 则dx dy =41dx du -4141dx du -41=u +3 2dx du =4 u +13 2u=23tg(6x+c)-1 tg(6x+c)=32(x+4y+1).16:证明方程y x dxdy=f(xy),经变换xy=u 可化为变量分离方程，并由此求下列方程： 1） y(1+x y )dx=xdy222） y x dx dy =2222x -2y x 2y+ 证明： 令xy=u,则xdx dy +y=dxdu 则dx dy =x 1dx du -2x u，有：u x dxdu=f(u)+1)1)((1+u f u du=x1dx所以原方程可化为变量分离方程。
习 题 6—31．证明函数组 ，⎩⎨⎧<≥=000)(21x x x x 当当ϕ220 0()0x x x x ϕ≥⎧=⎨<⎩当 当，在区间上线性无关，但它们的朗斯基行列式恒等于零。
这与本节的定理 6.2*是否矛盾？如果并不矛盾，那么它说明了什么？),(+∞−∞证 设有 1122()0c x c ϕϕ+≡ +∞<<∞−x ，则当时，有，从而推得 。
而当 时，有0≥x 21200c x c +≡01=c 0<x 120c c x 0⋅+≡，从而推得 。
因此在02=c +∞<<∞−x 上，只有时，才有 021==c c 1122()()0c x c x ϕϕ+≡，故12(), ()x x ϕϕ在上线性无关。
又当时， ),(+∞−∞0≥x 0002)(2≡=x x x w ，当0<x 时，0200)(2≡=x x x w 故当+∞<<∞−x 时，有。
这与本节定理6.2不矛盾，因为定理6.2*成立对函数有要求，即0)(≡x w )(1x ϕ，)(2x ϕ是某个二阶齐次线性方程的解组。
这说明不存在一个二阶齐次线性方程，它以)(1x ϕ，)(2x ϕ为解组。
3．考虑微分方程''()0y q x y +=（1）设)(x y ϕ=与)(x y ψ=是它的任意两个解，试证)(x y ϕ=与)(x y ψ=的朗斯基行列式恒等于一个常数。
（2）设已知方程有一个特解为，试求这方程的通解，并确定 x e y =()?q x =证： （1）在解)(x y ϕ=，)(x y ψ=的公共存在区间内任取一点x 。
由刘维尔公式，有 （常数）[])()()(),(000x w ex w x x w odxx x=∫=−ψϕ（2）由于是方程的一个非零特解，故可借助刘维尔公式，求与之线性无关的特解 x e y =x odx xx e dx e ee y −∫−−=⋅=∫21122，故方程的通解为 xx e c e c y −+=21又由于是方程的解，故有x e y =()0x x e q x e +≡， 所以 ()1q x =−。
第六章 常微分方程 一、填空题1．xce y 2-= 2.1()x x y xe e C x--=--+ 3. y =()x e x C + 4. 044=+'-''y y y 二、单项选择题1. A2.C3.C4.A5.D6. C7.A8. A9. B 10. D 三/计算题 1.解：通解为[]11ln ln sin ...........................3sin 1cos .............................................6dx dx x xx x x y e e dx C x x e e dx C x x C x--⎡⎤⎰⎰=+⎢⎥⎣⎦⎡⎤=+⎢⎥⎣⎦=-+⎰⎰分分 2.解：通解为[]tan tan ln cos ln cos 1...........................2cos 1cos 11cos ..............................4cos cos 1.....................................cos xdxxdx x x y e e dx C x e e dx C x xdx C x x x C x --⎡⎤⎰⎰=+⎢⎥⎣⎦⎡⎤=+⎢⎥⎣⎦⎡⎤=+⎢⎥⎣⎦=+⎰⎰⎰分分...............6分求微分方程 x x y y x ln =-' 满足初始条件11==x y 的特解． 3.解： x y xy ln 1=-' ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎰⎰=⎰-C dx e x e y dx x dx x 11)(ln ()⎪⎭⎫ ⎝⎛+=+=⎰⎰-C dx x x x C dx e x e x x ln )(ln ln ln ⎥⎦⎤⎢⎣⎡+=C x x 2)(ln 2 由 11==x y 得1=C , 所以⎥⎦⎤⎢⎣⎡+=12)(ln 2x x y ． 4.解：令y u x =,则dy du u x dx dx =+,原方程化为1du x dx u=,即22u e Cx =.通解为 222y x e Cx =.5.解：令y u x =, 则dy du u x dx dx =+,原方程化为tan dux u dx=,ln sin ln ln u x C =+, 通解为 sin y Cx x=. 6.解: 令,x y u =得sec ,du u x u u dx+=+ 分离变量，cos ,dx udu x = 积分得 s i n l n ,u x C =+ 原方程通解sin ln ,yx C x=+由初始条件得,1=C 初值问题的解是sinln ,yx x= 或arcsin ln .y x x = 7.解：原方程可化为222)(22x y x y xxy y dx dy -=--=，令u x y =，则,d y d uy u x u x d x d x==+,代入方程得22u u dx du xu -=+，分离变量得x dxuu du =-2，两边积分得c x u u ln ln )1ln(+=-, 所以,1cx u u =- 故原方程的通解为12-=cx cx y ， 又21==y x 时，，所以2=c ，特解为1222-=x x y .8.解: 令y p '=,则p y '='',代入方程得xp p x 2)1(2='+,即dx xx p dp 212+=, 积分得 ||ln )1ln(||ln 12C x p ++=, 即)1(21x C p +=.利用30=''=x y ,得31=C ,于是)1(32x y +=' 两边再积分 得233C x x y ++= .利用10==x y ,得22=C ,因此所求特解为233++=x x y . 9.解： 令p y ='，则dxdp y =''. 原方程化为 02=+p dx dp e x， x x e C p dx e p dp ---=⇒=-⇒121， 由 2100-='===x x y p 111+-=⇒-=⇒x x e e p C ，即 1+-=x xe e dx dy 2)1ln(C e y x ++-=⇒， 由 00==x y 21ln 2ln 2+-=⇒=⇒x e y C ．10.解：特征方程为2560r r -+=，特征根为122,3r r ==，齐次方程的通解 为2312x x Y C e C e =+，又2λ=是特征单根，设特解为*2x y xae =，代入关系式 )()()2()(x P x Q p x Q m ='++''λ，得5a =- 所以特解为*25x y xe =-,所以微分方程的通解为232125x x x y C e C e xe =+-.11.解: 特征方程为 0322=-+r r 的特征根 3,121-==r r ，所以对应的齐次方程的通解为 x x e C e C Y 321-+=,由已知, 1=m , 而1=λ为方程的单特征根, 故可设原方程的特解为x e b ax x y )(*+= 代入原方程整理得x b ax a 2)2(42=++比较等式左右两边系数得⎩⎨⎧=+=04228b a a即 ⎩⎨⎧-==8/14/1b a .所以原方程的通解为x x x e x e C e C y )12(812321-++=-.12.解: 特征方程是 2440r r ++=，特征根1r =22-=r .故对应齐次方程的通解 是212()x Y C C x e -=+.自由项的()1m P x =，2λ=-是二重特征根，故原方程的特解形式为*22x y x ae -=⋅，代入原方程得12a =， 所求通解22221212x x x y C e C xe x e ---=++. 13.解：特征方程为2440r r -+=，特征根为122r r ==,齐次方程的通解 为212()x Y C C x e =+, 又2λ=是二重特征根，设特解为*22x y x Ae =，代入关系式()()m Q x P x ''=，即323,2A A ==，所以特解为*2232x y x e =. 所以微分方程的通解 为222123()2x x y C C x e x e =++. 14.解：特征方程为2320r r ++=，特征根为121,2r r =-=-， 齐次方程的通解 为212x x Y C e C e --=+，又1λ=-是特征单根，设特解为*x y xAe -=，代入关系式)()()2()(x P x Q p x Q m ='++''λ，得6A = 所以特解为*6x y xe -= 所以微分方程的通解为2126x x x y C e C e xe ---=++.15.解：特征方程为2690r r -+=，特征根为123r r ==，齐次方程的通解为312()x Y C C x e =+，又3λ=是特征重根，设特解为*23x y ax e =，2()Q x ax =代入关系式)()(x P x Q m =''，得12a =所以特解为*2312x y x e =,所以微分方程的通解为323121()2x x y C C x e x e =++. 四/综合题1.解：设)(t p y ='，则)(t p y '=''，原方程可以化为tp p t ='-)1(2，即dt tt p dp 21-=， 两边积分得21ln ln 1ln 2p t C =--+,解得p = 01t y ='=由得1C =即dy dt =. 1a r c s i n y t C =+ 00t y ==由得10C =, 则arcsin y t =.2.解：设)(x p y ='，则)(x p y '=''，原方程可以化为xp p x 2)1(2='+，即dx x xp dp 212+=，两边积分得⎰⎰+=dx x x p dp 212,所以, )1(2x c p +=, 即)1(2x c y +='.分离变量得dx x c dy )1(2+=，两边积分得，133c x c cx y ++=，为原方程的通解.又10==y x 时，；30='=y x 时，， 解出11=c ，3=c ， 所以特解为331y x x =++. 3.解：由牛顿第二定律，得.,00v vv dtdvt =-== 分离变量并积分，得C t v ln ln +-=，解得t e C v -=1，将初始条件代入，得01v C =，所以，t e v v -=0，所以当t e v v -=0031，解出3ln =t .4.解：设汽车的加速度为2a -米/秒 ，则22d s a dt =-.解得2122as t C t C =-++,代入初始条件(0)0,(0)30s s '== 求得特解为2302as t t =-+， 由30v at =-+中0v =,得30t a =,代入2302a s t t =-+且100s =解得92a =. 5.解: 由题意，曲线满足方程⎪⎩⎪⎨⎧=-='= (2)(1) 22612x y xx y y由方程（1）得一阶线性方程： x y x y 213-=-'. 其中 x x Q x x P 21)(,3)(-=-= ，于是方程（1）的通解为))(()()()(C dx e x Q e x y dx x P dxx P +⎰⎰=⎰-⎰+⎰-⎰=-)21(33C dx xee dx x dx x )21(3C x x += 又由（2）得23=C ， 从而所求曲线为 232123x x y +=. 6.解: 原方程化为dx xxy dy sin cos 1=+, 积分得 1s i n-=x C y , 旋转体的体积 ⎰-=ππ02)1s i n ()(dx x C C V)42()1sin 2sin (222πππππ+-=+-=⎰C C dx x C x C ,)4()(-='C C V ππ, 0)(='C V , 得到唯一驻点 π4=C , 又0)(2>=''πC V , 所以当π4=C 时, )(C V 取最小值.所求解是 1sin 4-=x y π.7.解: 设飞机t = 0时刻着陆后的制动加速度为a -m / s 2，则a dtsd -=22，初始条件 (0)0,(0)120s s '==， 对a dt sd -=22积分两次，得2122C t C t a s ++-=，代入初始条件(0)0,(0)120s s '==，求得特解21202as t t =-+．由1200v at =-+=，解得120t a =， 代入不等式 212021002as t t =-+<，得 212012012021002a a a⎛⎫-+⋅< ⎪⎝⎭， 解得 3.48a >（m / s 2）． 可见，飞机着陆后的制动加速度至少为3.43 m / s 2, 才不至于冲出跑道.。
