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:

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

根据特征方程 $r^2+Pr+Q=0$ 的解得到通解,分为 3 种情况:

  • 两异实根 $r_1,r_2$ , $y=C_1e^{r_1x}+C_2e^{r_2x}$
  • 两同实根 $r$ , $y=(C_1+C_2x)e^{rx}$
  • 共轭复根 $\alpha\pm i\beta$ , $y=e^{\alpha x}(C_1\cos\beta x+C_2\sin\beta x)$

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 $0$ 的复根。那么共轭复根情况的通解是否可以写作 $y=C_1e^{(\alpha+i\beta)x}+C_2e^{(\alpha-i\beta)x}$ 呢?

化简得到 $y=e^{\alpha x}(C_1e^{i\beta x}+C_2e^{-i\beta x})$ ,与通解的形式很相似了。 如果二者相等,即 $C_1e^{i\beta x}+C_2e^{-i\beta x}=C_1\cos\beta x+C_2\sin\beta x$ 。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)

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