Question

有关二阶常系数齐次线性微分方程

求下列初值问题：
4y”+4y’+y=0，y（0）=2，y’（0）=0
要求要有具体的过程啊，，，，，

Answer 1

y'' - 2y' + 5y = 0,

设y = e^[f(x)],则
y' = e^[f(x)]*f'(x),
y''= e^[f(x)]*[f'(x)]^2 + e^[f(x)]*f''(x).

0 = y'' - 2y' + 5y = e^[f(x)]*[f'(x)]^2 + e^[f(x)]*f''(x) - 2e^[f(x)]*f'(x) + 5e^[f(x)],
0 = [f'(x)]^2 + f''(x) - 2f'(x) + 5,

当f(x) = ax + b, a,b是常数时。
f''(x) = 0,
f'(x) = a.
0 = a^2 - 2a + 5.
2^2 - 4*5 = -16 < 0.(2^2-4*5)^(1/2)=4i.
a = [2 + 4i]/2 = 1 + 2i或a = [2-4i]/2 = 1 - 2i.

y = e^[f(x)] = e^[ax+b] = e^[(1+2i)x + b] = e^[x+b]*e^(2ix)
或
y = e^[f(x)] = e^[ax+b] = e^[(1-2i)x + b] = e^[x+b]*e^(-2ix)

因2个解都满足微分方程。所以，微分方程的实函数解为，
y = e^[x+b]*e^(2ix) + e^[x+b]*e^(-2ix) = e^[x+b][e^(2ix)+e^(-2ix)] = 2e^[x+b][cos(2x)]
或
y = e^[x+b]*e^(2ix) - e^[x+b]*e^(-2ix) = e^[x+b][e^(2ix)-e^(-2ix)] = 2e^[x+b][sin(2x)]

微分方程的实函数的通解为，
y = 2c1e^[x+b][cos(2x)] + 2c2e^[x+b][sin(2x)]
= e^x[2c1e^bcos(2x) + 2c2e^bsin(2x)]
其中，c1,c2 是任意常数。
记
C1 = 2c1e^b, C2 = 2c2e^b,
有
y = e^x[C1cos(2x) + C2sin(2x)]
C1,C2为任意常数。

这个，可能就是特征方程无实数根时，通解的由来吧~~

【俺记忆力很差，公式都记不住，全靠傻推。。
这样的坏处是费时，好处是，自己推1遍，来龙去脉就清楚1些了。
不知道，俺的傻推过程对你的疑问有点帮助没~~】

Answer 2

特征方程 4r^2 +4r +1=0, r1=r2=-1/2
基本解组: e^(-x/2 ), x*e^(-x/2 )这就是两个线性无关解。
通解 y=c1*e^(-x/2 )+c2*x*e^(-x/2 )=(c1+c2*x)e^(-x/2 )
y'=c2*e^(-x/2 )-(1/2)(c1+c2*x)e^(-x/2 )=(1/2)(2c2-c1-c2*x)e^(-x/2 )
y（(0)=2，y'(0)=0得 c1=2，c2=1
特解y=(1+2x)e^(-x/2 )

Answer 3

Answer 4

2楼正解，1楼你把共轭复数的公式推到了一遍y=e^ax(C1cosbx+C2sinbx)，所答非所问