设 a(x), b(x) 为已知的连续函数,C_1, C_2 是任意常数,以下哪种情形可以说 y = C_1 y_1(x)+ C_2 y_2(x) 是所给方程的通解()。A. y = y_1(x), y = y_2(x) 是方程 y'' + a(x)y' = 1 的两个不成比例的解B. y = y_1(x), y = y_2(x) 是方程 y'' + a(x)y' = 0 的解C. y = y_1(x), y = y_2(x) 是方程 y'' + a(x)y^2 + y = 0 的两个不成比例的解D. y = y_1(x), y = y_2(x) 是方程 y'' + a(x)y' + b(x)y = 0 的两个不成比例的解
A. $y = y_1(x), y = y_2(x)$ 是方程 $y'' + a(x)y' = 1$ 的两个不成比例的解
B. $y = y_1(x), y = y_2(x)$ 是方程 $y'' + a(x)y' = 0$ 的解
C. $y = y_1(x), y = y_2(x)$ 是方程 $y'' + a(x)y^2 + y = 0$ 的两个不成比例的解
D. $y = y_1(x), y = y_2(x)$ 是方程 $y'' + a(x)y' + b(x)y = 0$ 的两个不成比例的解
题目解答
答案
解析
本题考查二阶线性齐次微分方程通解的结构。解题的关键在于明确二阶线性齐次微分方程通解的判定条件,即对于二阶线性齐次微分方程 $y'' + p(x)y' + q(x)y = 0$,若 $y_1(x)$ 和 $y_2(x)$ 是该方程的两个线性无关(不成比例)的解,那么 $y = C_1y_1(x)+C_2y_2(x)$($C_1,C_2$ 为任意常数)就是该方程的通解。
选项A
方程 $y'' + a(x)y' = 1$ 是二阶线性非齐次微分方程。对于非齐次方程,其通解的结构是对应的齐次方程的通解加上非齐次方程的一个特解,而不是简单的两个解的线性组合 $y = C_1y_1(x)+C_2y_2(x)$ 就是通解,所以选项A错误。
选项B
方程 $y'' + a(x)y' = 0$ 是二阶线性齐次微分方程,但仅知道 $y = y_1(x)$ 和 $y = y_2(x)$ 是该方程的解,并没有明确说明 $y_1(x)$ 和 $y_2(x)$ 是线性无关(不成比例)的。如果 $y_1(x)$ 和 $y_2(x)$ 成比例,那么 $y = C_1y_1(x)+C_2y_2(x)$ 就不能构成通解,所以选项B错误。
选项C
方程 $y'' + a(x)y^2 + y = 0$ 不是二阶线性齐次微分方程,因为方程中出现了 $y^2$ 这一项,不满足线性方程的定义(线性方程中未知函数及其各阶导数的次数都是一次)。而通解的结构定理是针对二阶线性齐次微分方程的,所以选项C错误。
选项D
方程 $y'' + a(x)y' + b(x)y = 0$ 是二阶线性齐次微分方程,且已知 $y = y_1(x)$ 和 $y = y_2(x)$ 是该方程的两个不成比例(线性无关)的解。根据二阶线性齐次微分方程通解的结构定理,$y = C_1y_1(x)+C_2y_2(x)$($C_1,C_2$ 为任意常数)就是该方程的通解,所以选项D正确。