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一阶常系数线性微分方程组解法举例


作业
习 题 七 (P249)
1(2)(5)(8); 2 (3)。
总 习 题 (P219)
1(奇序号);(18); 2 ;3(2);8 。

2
y1
)
dy1 dx
2y1,源自即d 2 y1 dx2

dy1 dx
2
y1
0

特征方程为r 2 r 20 ,r11 ,r2 2 ,
∴ y1c1e x c2e2x ,
y2 c3e2x ,
y3

dy1 dx

2
y1

y2
c1e x 2c2e2x 2(c1e x c2e2x )c3e2x
sinx2 cos x 4
yz y2z
的通解。
dx
解:对第一个方程求导,得
d2y dx2
cos x 2 dy dx

dz dx

由第一个方程得 zsinx2 y dy , dx
代入第二个方程,得 dz cosx4 y2(sinx2 y dy )
dx
dx
cosx2sinx2dy , dx
(4c2 c3 )e2x c1e x .

3.求微分方程组

dx y z dt dy z x dt dz x y dt
的通解。
解:由第一个方程和第二个方程得: d( x y) ( x y) , dt
x y3C1et ,
同理得 xz3C2et ,
即 cosx2dy dz 2sinx , dx dx

d2y dx2
2sinx

dy dx

2cosx
C1

y2sinxC1xC2 ,
zsinx2(2sinxC1xC2 )(2cos xC1)
3sinx 2cos x 2C1 x (2C2 C1 ) 。

2.求微分方程组

dy1 dx

2
y1

y2

y3
dy2 dx

2
y2
dy3 dx

4
y1

y2

3
y3
的通解。
解:
d 2 y1 dx2
2dy1 dx

dy2 dx

dy3 dx

2
dy1 dx
4
y1
3
y2

3
y3

2dy1 dx
4
y1

3(
dy1 dx
dy1
dx dy2
dx
a11( x) a21( x)
y1 y1
a12 ( a22(
x) x)
y2 y2

a1n( x) yn a2n( x) yn
g1( x) g2 ( x)
(1)



dyn dx

an1
(
x)
y1

an2
(
x
)
y2

ann
(
x
)
yn

gn
由上面两式得
dx dt
2
x

3(C1
C2
)e t
,
解得 x e2t [ 3(C1 C2 )et e2t dt C3 ]
e2t [(C1C2 )e3t C3],
即 xC3e2t (C1C2 )et , yC3e2t (C2 2C1)et , zC3e2t (C12C2 )et 。
(
x
)
若 gi ( x)0 (i1, 2, , n) ,则称方程组(1)为齐次的,
否则称为非齐次的。
若 aij ( x) (i, j1, 2, n)为常数 ,则称方程组(1)为
一阶常系数线性微分方程组。
4.5.1 消元法—转化为高阶线性微分方程

1.求微分方程组



dy
dx dz
§4.5 一阶常系数线性微分方程组解法举例
一阶微分方程组的一般形式

dy1
dx dy2
dx

f1( x, y1, y2 ,, yn ) f2( x, y1, y2 ,, yn )



dyn dx

fn(
x,
y1 ,
y2
,,
yn
)
一阶线性微分方程组

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