y' = 2y 满足 y|_(x=0) = 2 的特解是().A. y = 2e^xB. y = e^2x + 1C. y = 2e^2xD. y = 3e^x - 1
A. $y = 2e^x$
B. $y = e^{2x} + 1$
C. $y = 2e^{2x}$
D. $y = 3e^x - 1$
题目解答
答案
解析
本题考查一阶常微分方程的求解以及特解的确定。解题思路是先对给定的一阶常微分方程进行分离变量,然后两边积分求出通解,最后将初始条件代入通解中,确定出特解。
步骤一:分离变量
已知一阶常微分方程$y' = 2y$,可将其变形为$\frac{dy}{y}=2dx$。这里是根据导数的定义$y'=\frac{dy}{dx}$,将方程两边同时除以$y$($y\neq0$)并乘以$dx$,实现变量的分离。
步骤二:两边积分
对分离变量后的方程$\frac{dy}{y}=2dx$两边分别积分:
$\int\frac{1}{y}dy=\int2dx$
根据积分公式$\int\frac{1}{x}dx=\ln|x| + C_1$和$\int kdx=kx + C_2$($k$为常数),可得:
$\ln|y| = 2x + C$($C$为积分常数)
步骤三:求解通解
为了得到$y$关于$x$的表达式,对$\ln|y| = 2x + C$两边取指数,可得:
$|y| = e^{2x + C}=e^C\cdot e^{2x}$
令$A = \pm e^C$($A\neq0$),则$y = Ae^{2x}$。当$A = 0$时,$y = 0$也是原方程的解,所以原方程的通解为$y = Ae^{2x}$($A$为任意常数)。
步骤四:确定特解
已知初始条件$y|_{x = 0} = 2$,将$x = 0$,$y = 2$代入通解$y = Ae^{2x}$中,可得:
$2 = A\cdot e^{2\times0}$
因为$e^0 = 1$,所以$2 = A$。
将$A = 2$代入通解$y = Ae^{2x}$中,得到特解为$y = 2e^{2x}$。