二阶常系数线性齐次微分方程共轭复根通解思考

二阶常系数线性齐次微分方程形如:

y+Py+Qy=0 y''+Py'+Qy=0

根据特征方程 r2+Pr+Q=0r^2+Pr+Q=0 的解得到通解,分为 3 种情况:

  • 两异实根 r1,r2r_1,r_2y=C1er1x+C2er2xy=C_1e^{r_1x}+C_2e^{r_2x}
  • 两同实根 rry=(C1+C2x)erxy=(C_1+C_2x)e^{rx}
  • 共轭复根 α±iβ\alpha\pm i\betay=eαx(C1cosβx+C2sinβx)y=e^{\alpha x}(C_1\cos\beta x+C_2\sin\beta x)

下面是一个思考:

两同实根的情况暂无考虑。 共轭复根与两异实根都是两个不同的根,实根可以看作虚部为 00 的复根。那么共轭复根情况的通解是否可以写作 y=C1e(α+iβ)x+C2e(αiβ)xy=C_1e^{(\alpha+i\beta)x}+C_2e^{(\alpha-i\beta)x} 呢?

化简得到 y=eαx(C1eiβx+C2eiβx)y=e^{\alpha x}(C_1e^{i\beta x}+C_2e^{-i\beta x}) ,与通解的形式很相似了。 如果二者相等,即 C1eiβx+C2eiβx=C1cosβx+C2sinβxC_1e^{i\beta x}+C_2e^{-i\beta x}=C_1\cos\beta x+C_2\sin\beta x 。这一步是如何得到呢? 如果得不到就说明一开始就是错误的,共轭复根的通解不能像两异实根那样写。

(待定)

Built with Hugo
Theme Stack designed by Jimmy