微分方程虚数通解公式

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问题描述:

微分方程的虚根是怎么算出来的

推荐答案

2023-10-24 22:49:29

关于这个问题,微分方程的通解公式中包含有常数项,若微分方程的特征方程有复数根,则通解可以表示为实部和虚部分别为实常数的复数函数的线性组合。

设微分方程的特征方程为:

$$a_nlambda^n+a_{n-1}lambda^{n-1}+cdots+a_1lambda+a_0=0$$

其中,$a_n,a_{n-1},cdots,a_1,a_0$均为实数系数,$lambda$为复数根,则其实部和虚部分别为:

$$lambda=alpha+ibeta$$

其中,$alpha,beta$均为实数,则特征方程可以表示为两个实数系数的二次方程:

$$(a_nlambda^n+a_{n-1}lambda^{n-1}+cdots+a_1lambda+a_0)=(lambda-alpha-ibeta)(lambda-alpha+ibeta)$$

展开后得:

$$begin{aligned} a_nlambda^n+a_{n-1}lambda^{n-1}+cdots+a_1lambda+a_0&=(lambda-alpha)^2+beta^2 &=(alpha^2-beta^2)+2ialphabeta end{aligned}$$

根据欧拉公式:

$$e^{i

heta}=cos

heta+isin

heta$$

则可知,实部为$(alpha^2-beta^2)$的复数可以表示为:

$$alpha^2-beta^2=(alpha+ibeta)(alpha-ibeta)=|z|^2$$

其中,$z=alpha+ibeta$为复数根。

因此,微分方程的通解可以表示为:

$$y(t)=e^{alpha t}(c_1cosbeta t+c_2sinbeta t)$$

其中,$c_1,c_2$为任意实数常数。

其他答案

2023-10-24 22:49:29

为$y=c_1e^{ax}cos(bx)+c_2e^{ax}sin(bx)$。其中$a$为实数,$b$为虚数,$c_1$,$c_2$为任意常数。这个公式的出现是因为每个微分方程都有一个特解和一个通解,而虚数通解是其中的一种形式。我们可以根据微分方程的特性来判断应该采用什么形式的通解公式,而虚数通解往往适用于微分方程中存在复数形式的特殊情况。虚数通解不仅可以用于实际问题求解,也可以作为微分方程理论分析的一种工具和方法。

其他答案

2023-10-24 22:49:29

通解公式如下:

1、一阶常微分方程通解

dydx+p(x)y=0dydx+p(x)y=0。

2、齐次微分方程通解

y=ce−∫p(x)dx。

3、非齐次微分方程通解y=e−∫p(x)dx(c+∫q(x)e∫p(x)dxdx)。

4、二阶常系数齐次线性微分方程通解y′′+py′+qy=0(∗),其中p,q为常数求解Δ=r2+pr+q=0解出Δ两个根r1,r2。

其他答案

2023-10-24 22:49:29

对于形如 $y''+ay'+by=0$ 的二阶实系数线性微分方程,如果它的特征方程 $r^2+ar+b=0$ 的根为 $r_{1,2}=alphapmbeta i$(其中 $alpha,beta in mathbb R$ 且 $beta

eq 0$),那么它的通解可表示为:

$$y(t)=c_1 e^{alpha t}cos(beta t)+c_2 e^{alpha t}sin(beta t)$$

其中 $c_1,c_2$ 为任意常数。这是一个复数表示的形式,也可以写成幅角和相位的形式,即:

$$y(t)=Ae^{alpha t}cos(beta t -

heta)$$

其中 $A$ 为振幅,$

heta$ 为相位差,满足 $c_1=Acos

heta$ 和 $c_2=Asin

heta$。

需要注意的是,以上公式仅适用于特征方程有一对共轭复根的情况,其他情况的微分方程的解法可能不同。同时,在具体应用时,应根据实际问题进行合理选择并进行必要的变换以得到简化的形式。

其他答案

2023-10-24 22:49:29

为:y = (C1 sinax + C2 cosax)e^(bx) + i(C3 sinax + C4 cosax)e^(bx) 其中a是实数,b是复数且b = α + iβ 当微分方程中的特征方程有复数根时,其通解中就会涉及到虚数,而虚数通解公式可以将实部和虚部分离,使得其更容易表达和计算 虚数通解公式不仅适用于二阶线性齐次微分方程,还适用于其他一些复杂的微分方程,如常系数高阶线性齐次微分方程。同时,也可以通过通解公式中的常数项来确定初始条件,从而得到特解。

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