题目
二阶常系数齐次线性微分方程 y'' + 4y = 0 的通解为()。A. y = C1cos(2x) + C2sin(2x)B. y = C1e^(2x) + C2e^(-2x)C. y = C1e^(2x) - C2e^(-2x)D. y = C1cos(2x) - C2sin(2x)
二阶常系数齐次线性微分方程 $y'' + 4y = 0$ 的通解为()。
A. $y = C1\cos(2x) + C2\sin(2x)$
B. $y = C1e^{(2x)} + C2e^{(-2x)}$
C. $y = C1e^{(2x)} - C2e^{(-2x)}$
D. $y = C1\cos(2x) - C2\sin(2x)$
题目解答
答案
A. $y = C1\cos(2x) + C2\sin(2x)$
解析
本题考查二阶常系数齐次线性微分方程的通解求解。解题思路是先写出对应的特征方程,然后求解特征方程的根,最后根据特征根的情况写出通解。
对于二阶常系数齐次线性微分方程$y'' + py' + qy = 0$(其中$p$、$q$为常数),其特征方程为$r^{2}+pr + q = 0$。
- 当特征方程有两个不相等的实根$r_1$和$r_2$时,通解为$y = C_1e^{r_1x}+C_2e^{r_2x}$。
- 当特征方程有两个相等的实根$r_1 = r_2 = r$时,通解为$y=(C_1 + C_2x)e^{rx}$。
- 当特征方程有一对共轭复根$r_{1,2}=\alpha\pm\beta i$时,通解为$y = e^{\alpha x}(C_1\cos(\beta x)+C_2\sin(\beta x))$。
对于给定的二阶常系数齐次线性微分方程$y'' + 4y = 0$,这里$p = 0$,$q = 4$,则其特征方程为:
$r^{2}+4 = 0$
移项可得:
$r^{2}=-4$
两边同时开平方得:
$r=\pm\sqrt{-4}=\pm2i$
即特征方程有一对共轭复根$r_{1}=2i$,$r_{2}=-2i$,此时$\alpha = 0$,$\beta = 2$。
根据上述通解公式,该微分方程的通解为:
$y = e^{0\times x}(C_1\cos(2x)+C_2\sin(2x))=C_1\cos(2x)+C_2\sin(2x)$