二阶常微分方程的解法及其应用

目录

1 引言 (1)

2 二阶常系数常微分方程的几种解法 (1)

2.1 特征方程法 (1)

2.1.1 特征根是两个实根的情形 (2)

2.1.2 特征根有重根的情形 (2)

2.2 常数变异法 (4)

2.3 拉普拉斯变化法 (5)

3 常微分方程的简单应用 (6)

3.1 特征方程法 (7)

3.2 常数变异法 (9)

3.3 拉普拉斯变化法 (10)

4 总结及意义 (11)

参考文献 (12)

二阶常微分方程的解法及其应用

摘要：本文通过对特征方程法、常数变易法、拉普拉斯变换法这三种二阶常系数常微分方程解法进行介绍，特别是其中的特征方程法分为特征根是两个实根的情形和特征根有重根的情形这两种情况，分别使用特征值法、常数变异法以及拉普拉斯变换法来求动力学方程，现今对于二阶常微分方程解法的研究已经取得了不少成就，尤其在二阶常系数线性微分方程的求解问题方面卓有成效。应用常微分方程理论已经取得了很大的成就，但是，它的现有理论也还远远不能满足需要，还有待于进一步的发展，使这门学科的理论更加完善。

关键词：二阶常微分方程;特征分析法；常数变异法；拉普拉斯变换

METHODS FOR TWO ORDER ORDINARY DIFFERENTIAL

EQUATION AND ITS APPLICATION

Abstract:This paper introduces the solution of the characteristic equation method, the method of variation of parameters, the Laplasse transform method the three kind of two order ordinary differential equations with constant coefficients, especially the characteristic equation method which is characteristic of the root is the two of two real roots and characteristics of root root, branch and don't use eigenvalue method, method of variation of constants and Laplasse transform method to obtain the dynamic equation, the current studies on solution of ordinary differential equations of order two has made many achievements, especially in the aspect of solving the problem of two order linear differential equation with constant coefficients very fruitful. Application of the theory of ordinary differential equations has made great achievements, however, the existing theory it is still far from meeting the need, needs further development, to make the discipline theory more perfect.

Keywords:second ord er ordinary differential equation; Characteristic analysis; constant variation method; Laplasse transform

1 引言

数学发展的历史告诉我们，300年来数学分析是数学的首要分支，而微分方程

又是数学分析的心脏，它还是数学分析里大部分思想和理论的根源。人所共知，常微分方程从它产生的那天起，就是研究自然界变化规律、研究人类社会结构、生态结构和工程技术问题的强有力工具。常微分方程已有悠久的历史，而且继续保持着进一步发展的活力，主要原因是它的根源深扎在各种实际问题之中。常微分方程在很多学科领域有着重要的应用，自动控制、各种电子学装置的设计、弹道的计算、飞机和导弹飞行的稳定性的研究、化学反应过程稳定性的研究等。二阶常系数常微分方程在常微分方程理论中占有重要地位，在工程技术及力学和物理学中都有十分广泛的应用。关于它的解结构己有十分完美的结论，但其求解方法却各有不同，因此.二阶常系数线性微分方程的求解方法成为常微分方程研究的热点问题之一。而本文正是在这一背景下对于二阶常系数常微分方程的解法和应用做出研究。

2 二阶常系数常微分方程的几种解法

通常来说，纵观二阶常系数常微分方程的解法来看，其中比较有代表性的是特征方程法、常数变易法、拉普拉斯变换法这三种解法，因为篇幅和个人能力有限，本文则选取这三种具备代表性的解法进行分析。

2.1特征方程法

所谓特征方程，实际上就是为研究相应的数学对象而引入的一些等式，它因数学对象不同而不同，包括数列特征方程，矩阵特征方程，微分方程特征方程，积分方程特征方程等等。

求微分方程的通解.

解特征方程的根,

(1)若这是两个不等实根,则该方程有两个实值解,故通解为

（为任意常数）.

(2)若这两个根相等,则该方程有二重根,因此方程的通解具有形状

（为任意常数）.

(3)若这两个根为共轭复根,则该方程的通解具有形状

（为任意常数）.

数学的许多公式与定理都需要证明,下面本文给出上面前两个解答的理论依据.

2.1.1 特征根是两个实根的情形