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关于「共振试探解 $Ate^{-t}$ 的一阶和二阶导数是什么?」

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认识概念

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一阶导数是 x˙=Ae−t(1−t)\dot{x}=Ae^{-t}(1-t),二阶导数是 x¨=Ae−t(t−2)\ddot{x}=Ae^{-t}(t-2)。这些是通过对试探解 x=Ate−tx=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−tx=Ate^{-t}。;求导是关于 tt 的。;对 tt 和 e−te^{-t} 应用乘积法则。

理解原因

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特解使用 Ate−tAte^{-t} 是因为强迫项 e−te^{-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 tt 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−te^{-t}。;r=−1r=-1 是齐次特征方程的根。

掌握方法

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齐次根是通过求解相关的齐次方程 x¨+3x˙+2x=0\ddot{x}+3\dot{x}+2x=0 获得的。通过代入指数试探解 x=ertx=e^{rt},微分方程转化为特征多项式 r2+3r+2=0r^2+3r+2=0,该多项式因式分解为 (r+2)(r+1)=0(r+2)(r+1)=0,从而得到根 r=−2r=-2 和 r=−1r=-1。

适用条件:常微分方程具有常系数。;试探解的形式为 x=ertx=e^{rt}。;特征方程是一个二次多项式。

判断用途

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第一段在计算完共振试探解 x=Ate−tx=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 AA。

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˙\dot{x} 和 x¨\ddot{x} 已计算但未代入。