12.4 讲义习题
12.4.1 线性微分方程
例 12.4.1 (习题8.4.2)
设且,将Bernoulli方程变为线性微分方程。
解
令,则满足的方程为
例 12.4.2 (习题8.4.3)
给定Riccati方程。
-
(1)
-
证明:若是Riccati方程的任意两个解,则满足某个Bernoulli方程,并求出该Bernoulli方程;
-
(2)
-
验证是的一个解,并求出该方程的通解。
解
(1) 由题可得
两式相减可得
(2) 验证略。设另一个解为,则满足的微分方程为
利用积分因子可得
故原方程的通解为
例 12.4.3 (习题8.4.4)
求解以下微分方程:
解
求导可得
但这造成了增解,因为二阶微分方程的通解只能有两个任意常数,所以需要代入原方程验证,即
所以原方程的通解为
另解
用通常的降阶法,设,则,故有
解得为常值函数或,即
所以原方程的通解为
例 12.4.4 (习题8.4.5)
试写出一个二阶线性微分方程使得都是该微分方程的解。
解
我们考虑更一般性的问题:设满足二阶线性微分方程
代入可得
利用Cramer法则可得
其中表示Wronsky行列式。代入、可得
例 12.4.5 (习题8.4.7)
求区间上的可微函数使得
解
令,则二阶可微且满足,故有满足以下微分方程:
容易观察到的特解为,代入式可得
代入初值条件可得
因此
12.4.2 常系数线性微分方程(组)
例 12.4.6 (习题8.6.1)
设、是可微函数且恒正,求解以下微分方程:
解
考虑变换,使得原方程变为的常系数线性方程。注意到
代入原方程可得
利用积分因子可恰好将其凑成
故可令,即,则原方程可化为
例 12.4.7 (习题8.6.2)
求解以下微分方程:
解
由于方程只包含和,故可尝试Euler方程的换元法:令,则有
再令,代入原方程可得
解得
积分可得
代回,重新选择可得原方程的通解为