Линейное однородное дифференциальное уравнение второго порядка с постоянными коэффициентами

Дифференциальные уравнения этого типа представляются в виде:

, (12)

где - постоянные числа.

Будем искать решение уравнения (12) в виде , где постоянное число. После подстановки этого выражения в (12) получим:

.

Поскольку , должно выполняться квадратное уравнение:

. (13)

Это уравнение называется характеристическим уравнением для уравнения (12). В зависимости от величины его дискриминанта возможны три случая:

а) .

Можно показать, что общим решением в этом случае является комбинация двух линейно-независимых решений, отвечающих двум различным корням характеристического уравнения:

. (14)

б) .

В этом случае общим решением будет:

. (15)

в) . В этом случае характеристическое уравнение имеет два комплексно-сопряженных корня: и

Общее решение записывается в следующем виде:

. (16)

В формулах (14)–(16) и произвольные постоянные.

Пример6. Решить дифференциальное уравнение: ;

Решение. Характеристическое уравнение принимает вид: ; Дискриминант положителен, уравнение имеет два различных корня: . Тогда, согласно (14), общее решение дифференциального уравнения записывается в виде:

.

Пример7. Решить дифференциальное уравнение: ;

Решение. Характеристическое уравнение имеет один кратный корень ; В соответствии с (15) общее решение дифференциального уравнения записывается в виде:

.

Пример8. Решить дифференциальное уравнение:

.

Решение. Дискриминант характеристического уравнения отрицателен, характеристическое уравнение имеет комплексные корни: В этом случае формула (16) дает следующее общее решение дифференциального уравнения:

.

Дата добавления: 2015-07-11