(1998年试题,五)利用代换y’’cosx一2y’sinx+3ycosx=ex化简,并求出原方程的通解

admin2019-04-17  45

问题 (1998年试题,五)利用代换y’’cosx一2ysinx+3ycosx=ex化简,并求出原方程的通解

选项

答案题设所给方程为变系数方程,可由代换[*]将其化为关于u的二阶微分方程再求解,应先由[*]求得y,y’’与u,u’’的关系如下,将y=usecx两边对x求导,得y=u8ecx+secx.tanx,(1)再由(1)式两边对x求导,得y’’=u’’secx+2usecx.tanx+usecx.tan2x+usec3x(2)将式(1),式(2)代入原方程,得u’’+4u=ex,该方程是关于u的二阶常系数线性非齐次方程,先求其相应的齐次方程的通解,由特征方程λ2+4=0求得特征值为λ1=2i,λ2=一2i,从而齐次方程通解为y=C1cos2x+C2sin2x,设方程特解为y*=Aex,代回方程u’’+4u=ex,得[*]因此[*],因此非齐次方程通解为[*]其中C1,C2为任意常数.由代换[*]原方程通解为[*]

解析 本题在化简原方程时,也可由代换u=ycosx两边对x求导,得u=ycosx—ysinx,(3)再由式(3)两边对x求导,得u’’=y’’cosx一2ysinx—ycosx(4)式(3),式(4)与式(1),式(2)是等价的,代入原方程都可得出同样的方程u’’+4u=ex
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