← 全部问题对于常微分方程 x¨+3x˙+2x=2e−t,第一段在待定系数法中停在哪里?
第一段在计算完共振试探解
x=Ate−t 的一阶和二阶导数后停止。它尚未将这些导数代回微分方程或求解未知系数
A。
适用条件
- 该片段涵盖了齐次解的设置和共振试探解。
- 导数 x˙ 和 x¨ 已计算但未代入。
理解与推导
- 求解齐次方程并识别与 e−t 的共振。
- 设置修改后的试探解 x=Ate−t。
- 计算一阶导数 x˙=Ae−t(1−t)。
- 计算二阶导数 x¨=Ae−t(t−2)。
- 在代入常微分方程并求解 A 之前停止。
例子
片段在计算完导数后结束,但在将它们代入常微分方程之前。演讲者说:“该片段在这里停止,在将这些表达式代回微分方程并求解 A 之前。”
容易误解的地方
- 假设在这一段中找到了 A 的值。
- 认为在代入之前特解已经完全确定。
相关问题
理解原因↗ 特解使用 Ate−t 是因为强迫项 e−t 已经是相关齐次方程的解。在待定系数法中,如果强迫函数与齐次解重叠(共振),标准猜测必须乘以 t 以确保线性无关。
适用条件:常微分方程是线性的且具有常系数。;强迫项包含 e−t。;r=−1 是齐次特征方程的根。
掌握方法↗ 将试探解 x=Ate−t 及其导数代入常微分方程,提取公因式 e−t,并按 t 的幂次合并同类项。将剩余的常数项与右边相等,得到 A=2。
适用条件:试探解为 x=Ate−t。;常微分方程为 x¨+3x˙+2x=2e−t。;e−t 永远不为零,允许从两边消去。
认识概念↗ 一阶导数是 x˙=Ae−t(1−t),二阶导数是 x¨=Ae−t(t−2)。这些是通过对试探解 x=Ate−t 连续应用乘积法则计算得出的。
适用条件:试探解为 x=Ate−t。;求导是关于 t 的。;对 t 和 e−t 应用乘积法则。
认识概念↗ 最终特解是 Xp(t)=2te−t。这是通过将解出的系数 A=2 代回共振试探解 x=Ate−t 获得的。
适用条件:常微分方程为 x¨+3x˙+2x=2e−t。;系数 A 已被确定为 2。;试探解形式为 x=Ate−t。
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