二階常微方:通解
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設A、B 為兩常數,則y = Ay1 + By2 也是該齊性方程式的解。
同樣地,n 階線性微分方程式的n 個線性獨立解y1, y2, ... yn,讓我們可以寫下通解y = A1y1 + A2y2 + .
常微分方程
二階常微方:通解
n階常係數常微方
其中pi是常數、Dn是算子dn/dxn
出現在不少物理問題的,是二階的
像很經典的彈簧質量塊、有阻尼、施力振盪,即是上式的型式。
作業:在你的普物課本中,找出力學與電學各自符合上式型式的例子。
解法是,先求解以下homogeneous方程式
,再找滿足前面原問題方程式的particularintegral,最後兩者合併。
線性方程式之解的本質
問題:千辛萬苦找到一個解,怎麼知道還有沒有其他解?
問題:只是乘係數再組合(叫線性組合)算不算一個"新"的解?(什麼叫做"新"?)
問題:有沒有方法從方程式的型式本身就知道其解共有幾個?
我們現在要探討的是線性方程式(解)的通性。
為簡化起見,在此以上面之二階方程式為例。
若y1、y2是二階homogeneous常微方兩個獨立的解(意指一個不為另一個的常數倍數)
兩個解呈線性獨立的充要條件是其Wronskian行列式不為零,即:
設A、B為兩常數,則y=Ay1+By2也是該齊性方程式的解。
同樣地,n階線性微分方程式的n個線性獨立解y1,y2,...yn,讓我們可以寫下通解y=A1y1+A2y2+...+Anyn
http://en.wikipedia.org/wiki/Wronskian
補充:微分方程式之解的存在性證明
思考:一個函數y存在,要怎麼證明?(宿命論:一樣東西在這個世界上,要嘛就是有,不然就是沒有,怎麼可能用證明的方法來確認這種問題?)(建構法?矛盾法?...)(可自行找資料閱讀)
常係數二階常微方:
通解
假設我們可以找到一個二階方程式
(D2+aD+b)y(t)=f(t)
的一個解yp(t),使得
(D2+aD+b)yp(t)=f(t)
另外找yc(t),使得
(D2+aD+b)yc(t)=0
通式y(t) 是由y(t) =Ayc(t)+Byp(t)所構成
補函數
由(aD+b)y(t)=0所誘發,指數函數是解的通用形式
其實對(D2+aD+b)yc(t)=0也是一樣
關鍵是
y(t)=ept
這個函數型式作為解的主體
有auxiliary(或叫characteristic)方程式
p2+ap+b=0
請自行閱讀以下課本中之詳解範例:
Ex.2.9(實相異根)
Ex.2.10(虛/複數根)
Ex.2.11(重根)
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