✨ 复制成功!

以文会友,打造好学人设!

📋 已复制到剪贴板:

《考研数学核心考点公式大全》


1 百分冲刺复习计划
2 函数、极限与连续
3 一元函数微分学
4 一元函数积分学
    4.5  考点16 反常积分

    4.6  考点17 定积分应用

5 多元函数微分学
6 多元函数积分学
    6.1  考点23 二重积分

7 常微分方程
8 行列式
9 矩阵
    9.2  考点35 矩阵的秩

10 向量
11 线性方程组
12 特征值与特征向量
13 二次型
14 随机事件与概率
15 随机变量及其分布
16 数字特征
17 数理统计
18 附录

# 考点30 二阶常系数线性微分方程

创建时间:2026-09-30 更新时间:2026-10-02 阅读次数:1004 次

适用:数一、数二、数三通用
地位:微分方程的核心考点,每年必考,直接支撑微分方程应用、物理建模
核心任务:掌握齐次方程特征根法,掌握非齐次方程特解形式与待定系数法


一、核心公式与定义

1. 二阶常系数线性微分方程的形式

齐次方程:

$$ y''+py'+qy=0 $$

其中 $p$、$q$ 为常数。

非齐次方程:

$$ y''+py'+qy=f(x) $$

其中 $p$、$q$ 为常数,$f(x)$ 为已知函数。

解的结构:

(1)齐次方程通解:

若 $y_1(x)$、$y_2(x)$ 是齐次方程的两个线性无关解,则齐次方程通解为:

$$ Y=C_1y_1(x)+C_2y_2(x) $$

(2)非齐次方程通解:

若 $y^*(x)$ 是非齐次方程的一个特解,$Y$ 是齐次方程通解,则非齐次方程通解为:

$$ y=Y+y^* $$

即:

$$ y=C_1y_1(x)+C_2y_2(x)+y^*(x) $$


2. 齐次方程的特征根法

特征方程:

$$ r^2+pr+q=0 $$

特征根:

$$ r_{1,2}=\frac{-p\pm\sqrt{p^2-4q}}{2} $$

三种情形:

(1)两个不相等的实根:

$$ r_1\neq r_2 $$

通解:

$$ Y=C_1e^{r_1x}+C_2e^{r_2x} $$

(2)两个相等的实根:

$$ r_1=r_2=r $$

通解:

$$ Y=(C_1+C_2x)e^{rx} $$

(3)一对共轭复根:

$$ r_{1,2}=\alpha\pm\beta i $$

其中

$$ \alpha=-\frac p2,\quad \beta=\frac{\sqrt{4q-p^2}}{2} $$

通解:

$$ Y=e^{\alpha x}(C_1\cos\beta x+C_2\sin\beta x) $$


3. 非齐次方程的特解形式

(1)$f(x)=P_m(x)e^{\lambda x}$ 型:

其中 $P_m(x)$ 是 $m$ 次多项式。

设特解形式:

$$ y^*=x^kQ_m(x)e^{\lambda x} $$

其中 $Q_m(x)$ 是与 $P_m(x)$ 同次的待定多项式,$k$ 的取法:

  • 若 $\lambda$ 不是特征根,$k=0$;
  • 若 $\lambda$ 是单特征根,$k=1$;
  • 若 $\lambda$ 是二重特征根,$k=2$。

(2)$f(x)=e^{\alpha x}[P_m(x)\cos\beta x+Q_n(x)\sin\beta x]$ 型:

设特解形式:

$$ y^*=x^ke^{\alpha x}[R_l(x)\cos\beta x+S_l(x)\sin\beta x] $$

其中 $l=\max{m,n}$,$R_l(x)$、$S_l(x)$ 是 $l$ 次待定多项式,$k$ 的取法:

  • 若 $\alpha\pm\beta i$ 不是特征根,$k=0$;
  • 若 $\alpha\pm\beta i$ 是特征根,$k=1$。

4. 常见特解形式

$f(x)$ 特解形式 $k$ 的取法
$P_m(x)$ $x^kQ_m(x)$ $\lambda=0$ 是否为特征根
$P_m(x)e^{\lambda x}$ $x^kQ_m(x)e^{\lambda x}$ $\lambda$ 是否为特征根
$Ae^{\lambda x}$ $x^kAe^{\lambda x}$ $\lambda$ 是否为特征根
$A\cos\beta x+B\sin\beta x$ $x^k(C\cos\beta x+D\sin\beta x)$ $\pm\beta i$ 是否为特征根
$e^{\alpha x}(A\cos\beta x+B\sin\beta x)$ $x^ke^{\alpha x}(C\cos\beta x+D\sin\beta x)$ $\alpha\pm\beta i$ 是否为特征根

5. 叠加原理

若 $y_1^*$ 是

$$ y''+py'+qy=f_1(x) $$

的特解,$y_2^*$ 是

$$ y''+py'+qy=f_2(x) $$

的特解,则

$$ y_1^+y_2^ $$

是

$$ y''+py'+qy=f_1(x)+f_2(x) $$

的特解。


6. 常用公式

特征根:

$$ r_{1,2}=\frac{-p\pm\sqrt{p^2-4q}}{2} $$

判别式:

$$ \Delta=p^2-4q $$

共轭复根:

$$ \alpha=-\frac p2,\quad \beta=\frac{\sqrt{4q-p^2}}{2} $$

通解形式:

$$ Y= \begin{cases} C_1e^{r_1x}+C_2e^{r_2x}, & \Delta>0\\ (C_1+C_2x)e^{rx}, & \Delta=0\\ e^{\alpha x}(C_1\cos\beta x+C_2\sin\beta x), & \Delta<0 \end{cases} $$


二、使用条件

1. 齐次方程特征根法的使用条件

  • 方程为 $y''+py'+qy=0$;
  • $p$、$q$ 为常数;
  • 特征方程 $r^2+pr+q=0$ 可解。

2. 非齐次方程特解的使用条件

  • 方程为 $y''+py'+qy=f(x)$;
  • $f(x)$ 为 $P_m(x)e^{\lambda x}$ 或 $e^{\alpha x}(P_m\cos\beta x+Q_n\sin\beta x)$ 型;
  • 先求齐次方程通解,再求非齐次方程特解。

3. 待定系数法的使用条件

  • $f(x)$ 为特殊类型;
  • 特解形式中的 $k$ 根据 $\lambda$ 或 $\alpha\pm\beta i$ 是否为特征根确定;
  • 代入原方程比较系数。

4. 叠加原理的使用条件

  • $f(x)=f_1(x)+f_2(x)$;
  • 分别求 $f_1$、$f_2$ 对应的特解;
  • 特解相加。

5. 解的结构的使用条件

  • 非齐次方程通解 = 齐次方程通解 + 非齐次方程特解;
  • 齐次方程通解含有两个任意常数;
  • 非齐次方程通解也含有两个任意常数。

三、典型题型

题型1:齐次方程(两个不等实根)

例1

求解

$$ y''-3y'+2y=0 $$

解:

特征方程:

$$ r^2-3r+2=0 $$

$$ (r-1)(r-2)=0 $$

$$ r_1=1,\quad r_2=2 $$

通解:

$$ y=C_1e^x+C_2e^{2x} $$

例2

求解

$$ y''+y'-6y=0 $$

解:

特征方程:

$$ r^2+r-6=0 $$

$$ (r+3)(r-2)=0 $$

$$ r_1=-3,\quad r_2=2 $$

通解:

$$ y=C_1e^{-3x}+C_2e^{2x} $$

例3

求解

$$ y''-4y=0 $$

解:

特征方程:

$$ r^2-4=0 $$

$$ r_1=2,\quad r_2=-2 $$

通解:

$$ y=C_1e^{2x}+C_2e^{-2x} $$


题型2:齐次方程(两个相等实根)

例4

求解

$$ y''-4y'+4y=0 $$

解:

特征方程:

$$ r^2-4r+4=0 $$

$$ (r-2)^2=0 $$

$$ r=2 $$

通解:

$$ y=(C_1+C_2x)e^{2x} $$

例5

求解

$$ y''+6y'+9y=0 $$

解:

特征方程:

$$ r^2+6r+9=0 $$

$$ (r+3)^2=0 $$

$$ r=-3 $$

通解:

$$ y=(C_1+C_2x)e^{-3x} $$

例6

求解

$$ y''-2y'+y=0 $$

解:

特征方程:

$$ r^2-2r+1=0 $$

$$ (r-1)^2=0 $$

$$ r=1 $$

通解:

$$ y=(C_1+C_2x)e^x $$


题型3:齐次方程(共轭复根)

例7

求解

$$ y''+y=0 $$

解:

特征方程:

$$ r^2+1=0 $$

$$ r=\pm i $$

所以:

$$ \alpha=0,\quad \beta=1 $$

通解:

$$ y=C_1\cos x+C_2\sin x $$

例8

求解

$$ y''+2y'+5y=0 $$

解:

特征方程:

$$ r^2+2r+5=0 $$

$$ r=\frac{-2\pm\sqrt{4-20}}{2} =\frac{-2\pm4i}{2} =-1\pm2i $$

所以:

$$ \alpha=-1,\quad \beta=2 $$

通解:

$$ y=e^{-x}(C_1\cos2x+C_2\sin2x) $$

例9

求解

$$ y''-4y'+13y=0 $$

解:

特征方程:

$$ r^2-4r+13=0 $$

$$ r=\frac{4\pm\sqrt{16-52}}{2} =\frac{4\pm6i}{2} =2\pm3i $$

所以:

$$ \alpha=2,\quad \beta=3 $$

通解:

$$ y=e^{2x}(C_1\cos3x+C_2\sin3x) $$

例10

求解

$$ y''+4y'+8y=0 $$

解:

特征方程:

$$ r^2+4r+8=0 $$

$$ r=\frac{-4\pm\sqrt{16-32}}{2} =\frac{-4\pm4i}{2} =-2\pm2i $$

所以:

$$ \alpha=-2,\quad \beta=2 $$

通解:

$$ y=e^{-2x}(C_1\cos2x+C_2\sin2x) $$


题型4:非齐次方程($f(x)=P_m(x)e^{\lambda x}$)

例11

求解

$$ y''-3y'+2y=e^x $$

解:

第一步:齐次方程通解。

特征方程:

$$ r^2-3r+2=0 $$

$$ r_1=1,\quad r_2=2 $$

$$ Y=C_1e^x+C_2e^{2x} $$

第二步:求特解。

$f(x)=e^x$,$\lambda=1$ 是单特征根,所以 $k=1$。

设

$$ y^*=Axe^x $$

$$ y^{*'}=Ae^x+Axe^x=A(1+x)e^x $$

$$ y^{*''}=A(2+x)e^x $$

代入原方程:

$$ A(2+x)e^x-3A(1+x)e^x+2Axe^x=e^x $$

化简:

$$ A[(2+x)-3(1+x)+2x]e^x=e^x $$

$$ A[2+x-3-3x+2x]e^x=e^x $$

$$ A[-1]e^x=e^x $$

所以:

$$ A=-1 $$

$$ y^*=-xe^x $$

第三步:通解。

$$ y=C_1e^x+C_2e^{2x}-xe^x $$

例12

求解

$$ y''-2y'+y=xe^x $$

解:

第一步:齐次方程通解。

特征方程:

$$ r^2-2r+1=0 $$

$$ r=1 $$

$$ Y=(C_1+C_2x)e^x $$

第二步:求特解。

$f(x)=xe^x$,$\lambda=1$ 是二重特征根,所以 $k=2$。

设

$$ y^*=x^2(Ax+B)e^x=(Ax^3+Bx^2)e^x $$

求导:

$$ y^{*'}=(3Ax^2+2Bx)e^x+(Ax^3+Bx^2)e^x $$

$$ =[Ax^3+(3A+B)x^2+2Bx]e^x $$

$$ y^{*''}=[3Ax^2+2(3A+B)x+2B]e^x+[Ax^3+(3A+B)x^2+2Bx]e^x $$

$$ =[Ax^3+(6A+B)x^2+(6A+4B)x+2B]e^x $$

代入原方程:

$$ y''-2y'+y=xe^x $$

$$ [Ax^3+(6A+B)x^2+(6A+4B)x+2B]e^x -2[Ax^3+(3A+B)x^2+2Bx]e^x +(Ax^3+Bx^2)e^x=xe^x $$

化简:

$$ x^3: A-2A+A=0 $$

$$ x^2: (6A+B)-2(3A+B)+B=0 $$

$$ x: (6A+4B)-4B=6A $$

$$ \text{常数}: 2B $$

所以:

$$ 6A=1\Rightarrow A=\frac16 $$

$$ 2B=0\Rightarrow B=0 $$

$$ y^*=\frac16x^3e^x $$

第三步:通解。

$$ y=(C_1+C_2x)e^x+\frac16x^3e^x $$

例13

求解

$$ y''+y=x^2 $$

解:

第一步:齐次方程通解。

特征方程:

$$ r^2+1=0 $$

$$ r=\pm i $$

$$ Y=C_1\cos x+C_2\sin x $$

第二步:求特解。

$f(x)=x^2$,$\lambda=0$ 不是特征根,所以 $k=0$。

设

$$ y^*=Ax^2+Bx+C $$

$$ y^{*'}=2Ax+B $$

$$ y^{*''}=2A $$

代入:

$$ 2A+Ax^2+Bx+C=x^2 $$

比较系数:

$$ A=1 $$

$$ B=0 $$

$$ 2A+C=0\Rightarrow C=-2 $$

所以:

$$ y^*=x^2-2 $$

第三步:通解。

$$ y=C_1\cos x+C_2\sin x+x^2-2 $$

例14

求解

$$ y''-y=e^x $$

解:

第一步:齐次方程通解。

特征方程:

$$ r^2-1=0 $$

$$ r=\pm1 $$

$$ Y=C_1e^x+C_2e^{-x} $$

第二步:求特解。

$f(x)=e^x$,$\lambda=1$ 是单特征根,所以 $k=1$。

设

$$ y^*=Axe^x $$

$$ y^{*'}=A(1+x)e^x $$

$$ y^{*''}=A(2+x)e^x $$

代入:

$$ A(2+x)e^x-Axe^x=e^x $$

$$ 2Ae^x=e^x $$

$$ A=\frac12 $$

$$ y^*=\frac12xe^x $$

第三步:通解。

$$ y=C_1e^x+C_2e^{-x}+\frac12xe^x $$


题型5:非齐次方程($f(x)=e^{\alpha x}(P\cos\beta x+Q\sin\beta x)$)

例15

求解

$$ y''+y=\cos x $$

解:

第一步:齐次方程通解。

$$ Y=C_1\cos x+C_2\sin x $$

第二步:求特解。

$f(x)=\cos x$,$\alpha=0$,$\beta=1$,$\alpha\pm\beta i=\pm i$ 是特征根,所以 $k=1$。

设

$$ y^*=x(A\cos x+B\sin x) $$

求导:

$$ y^{*'}=A\cos x+B\sin x+x(-A\sin x+B\cos x) $$

$$ =(A+Bx)\cos x+(B-Ax)\sin x $$

$$ y^{*''}=B\cos x-(A+Bx)\sin x-A\sin x+(B-Ax)\cos x $$

$$ =(2B-Ax)\cos x-(2A+Bx)\sin x $$

代入:

$$ y''+y=\cos x $$

$$ (2B-Ax)\cos x-(2A+Bx)\sin x+x(A\cos x+B\sin x)=\cos x $$

化简:

$$ \cos x: 2B-Ax+Ax=2B $$

$$ \sin x: -(2A+Bx)+Bx=-2A $$

所以:

$$ 2B=1\Rightarrow B=\frac12 $$

$$ -2A=0\Rightarrow A=0 $$

$$ y^*=\frac12x\sin x $$

第三步:通解。

$$ y=C_1\cos x+C_2\sin x+\frac12x\sin x $$

例16

求解

$$ y''-2y'+5y=e^x\cos2x $$

解:

第一步:齐次方程通解。

特征方程:

$$ r^2-2r+5=0 $$

$$ r=1\pm2i $$

$$ Y=e^x(C_1\cos2x+C_2\sin2x) $$

第二步:求特解。

$f(x)=e^x\cos2x$,$\alpha=1$,$\beta=2$,$\alpha\pm\beta i=1\pm2i$ 是特征根,所以 $k=1$。

设

$$ y^*=xe^x(A\cos2x+B\sin2x) $$

代入原方程,比较系数得:

$$ A=0,\quad B=\frac14 $$

$$ y^*=\frac14xe^x\sin2x $$

第三步:通解。

$$ y=e^x(C_1\cos2x+C_2\sin2x)+\frac14xe^x\sin2x $$

例17

求解

$$ y''+4y=\sin2x $$

解:

第一步:齐次方程通解。

$$ r^2+4=0 $$

$$ r=\pm2i $$

$$ Y=C_1\cos2x+C_2\sin2x $$

第二步:求特解。

$f(x)=\sin2x$,$\alpha=0$,$\beta=2$,$\pm2i$ 是特征根,所以 $k=1$。

设

$$ y^*=x(A\cos2x+B\sin2x) $$

求导:

$$ y^{*'}=(A+2Bx)\cos2x+(B-2Ax)\sin2x $$

$$ y^{*''}=(4B-4Ax)\cos2x-(4A+4Bx)\sin2x $$

代入:

$$ y''+4y=\sin2x $$

$$ (4B-4Ax)\cos2x-(4A+4Bx)\sin2x+4x(A\cos2x+B\sin2x)=\sin2x $$

化简:

$$ \cos2x: 4B-4Ax+4Ax=4B $$

$$ \sin2x: -4A-4Bx+4Bx=-4A $$

所以:

$$ 4B=0\Rightarrow B=0 $$

$$ -4A=1\Rightarrow A=-\frac14 $$

$$ y^*=-\frac14x\cos2x $$

第三步:通解。

$$ y=C_1\cos2x+C_2\sin2x-\frac14x\cos2x $$


题型6:叠加原理

例18

求解

$$ y''-y=e^x+\cos x $$

解:

第一步:齐次方程通解。

$$ Y=C_1e^x+C_2e^{-x} $$

第二步:分别求特解。

对于 $f_1(x)=e^x$:

$\lambda=1$ 是单特征根,$k=1$。

设

$$ y_1^*=Axe^x $$

代入得:

$$ A=\frac12 $$

$$ y_1^*=\frac12xe^x $$

对于 $f_2(x)=\cos x$:

$\pm i$ 不是特征根,$k=0$。

设

$$ y_2^*=B\cos x+C\sin x $$

代入得:

$$ B=-\frac12,\quad C=0 $$

$$ y_2^*=-\frac12\cos x $$

第三步:通解。

$$ y=C_1e^x+C_2e^{-x}+\frac12xe^x-\frac12\cos x $$

例19

求解

$$ y''+y=x+\sin x $$

解:

第一步:齐次方程通解。

$$ Y=C_1\cos x+C_2\sin x $$

第二步:分别求特解。

对于 $f_1(x)=x$:

$\lambda=0$ 不是特征根,$k=0$。

设

$$ y_1^*=Ax+B $$

代入得:

$$ A=1,\quad B=0 $$

$$ y_1^*=x $$

对于 $f_2(x)=\sin x$:

$\pm i$ 是特征根,$k=1$。

设

$$ y_2^*=x(C\cos x+D\sin x) $$

代入得:

$$ C=-\frac12,\quad D=0 $$

$$ y_2^*=-\frac12x\cos x $$

第三步:通解。

$$ y=C_1\cos x+C_2\sin x+x-\frac12x\cos x $$


题型7:初值问题

例20

求解

$$ y''-3y'+2y=0,\quad y(0)=1,\ y'(0)=2 $$

解:

特征方程:

$$ r^2-3r+2=0 $$

$$ r_1=1,\quad r_2=2 $$

通解:

$$ y=C_1e^x+C_2e^{2x} $$

$$ y'=C_1e^x+2C_2e^{2x} $$

代入初始条件:

$$ y(0)=C_1+C_2=1 $$

$$ y'(0)=C_1+2C_2=2 $$

解得:

$$ C_2=1,\quad C_1=0 $$

所以:

$$ y=e^{2x} $$

例21

求解

$$ y''+4y=0,\quad y(0)=1,\ y'(0)=2 $$

解:

特征方程:

$$ r^2+4=0 $$

$$ r=\pm2i $$

通解:

$$ y=C_1\cos2x+C_2\sin2x $$

$$ y'=-2C_1\sin2x+2C_2\cos2x $$

代入初始条件:

$$ y(0)=C_1=1 $$

$$ y'(0)=2C_2=2\Rightarrow C_2=1 $$

所以:

$$ y=\cos2x+\sin2x $$

例22

求解

$$ y''-2y'+y=e^x,\quad y(0)=0,\ y'(0)=0 $$

解:

第一步:齐次方程通解。

$$ Y=(C_1+C_2x)e^x $$

第二步:求特解。

$f(x)=e^x$,$\lambda=1$ 是二重特征根,$k=2$。

设

$$ y^*=Ax^2e^x $$

代入得:

$$ A=\frac12 $$

$$ y^*=\frac12x^2e^x $$

第三步:通解。

$$ y=(C_1+C_2x)e^x+\frac12x^2e^x $$

第四步:代入初始条件。

$$ y'=(C_2+C_1+C_2x)e^x+\left(x+\frac12x^2\right)e^x $$

$$ y(0)=C_1=0 $$

$$ y'(0)=C_2+C_1=0\Rightarrow C_2=0 $$

所以:

$$ y=\frac12x^2e^x $$


题型8:微分方程与物理应用

例23

一弹簧振子满足

$$ \frac{d^2x}{dt^2}+4x=0 $$

初始位移 $x(0)=1$,初始速度 $x'(0)=0$,求位移 $x(t)$。

解:

特征方程:

$$ r^2+4=0 $$

$$ r=\pm2i $$

通解:

$$ x=C_1\cos2t+C_2\sin2t $$

代入初始条件:

$$ x(0)=C_1=1 $$

$$ x'(0)=2C_2=0\Rightarrow C_2=0 $$

所以:

$$ x=\cos2t $$

例24

一物体在阻尼介质中运动,满足

$$ \frac{d^2x}{dt^2}+2\frac{dx}{dt}+x=0 $$

初始位移 $x(0)=1$,初始速度 $x'(0)=0$,求位移 $x(t)$。

解:

特征方程:

$$ r^2+2r+1=0 $$

$$ (r+1)^2=0 $$

$$ r=-1 $$

通解:

$$ x=(C_1+C_2t)e^{-t} $$

代入初始条件:

$$ x(0)=C_1=1 $$

$$ x'=(C_2-C_1-C_2t)e^{-t} $$

$$ x'(0)=C_2-C_1=0\Rightarrow C_2=1 $$

所以:

$$ x=(1+t)e^{-t} $$


题型9:微分方程与几何应用

例25

已知曲线 $y=y(x)$ 满足

$$ y''-y=0 $$

且过点 $(0,1)$,在该点处切线斜率为 $2$,求曲线方程。

解:

特征方程:

$$ r^2-1=0 $$

$$ r=\pm1 $$

通解:

$$ y=C_1e^x+C_2e^{-x} $$

$$ y'=C_1e^x-C_2e^{-x} $$

代入初始条件:

$$ y(0)=C_1+C_2=1 $$

$$ y'(0)=C_1-C_2=2 $$

解得:

$$ C_1=\frac32,\quad C_2=-\frac12 $$

所以:

$$ y=\frac32e^x-\frac12e^{-x} $$


四、易错提醒

易错1:特征根类型判断错误

  • $\Delta>0$:两个不等实根;
  • $\Delta=0$:两个相等实根;
  • $\Delta<0$:共轭复根。

易错2:共轭复根通解形式写错

$$ Y=e^{\alpha x}(C_1\cos\beta x+C_2\sin\beta x) $$

不要漏掉 $e^{\alpha x}$。


易错3:相等实根通解形式写错

$$ Y=(C_1+C_2x)e^{rx} $$

不要写成 $C_1e^{rx}+C_2e^{rx}$。


易错4:特解形式中 $k$ 的取法错误

  • $\lambda$ 不是特征根:$k=0$;
  • $\lambda$ 是单特征根:$k=1$;
  • $\lambda$ 是二重特征根:$k=2$。

易错5:特解形式中多项式次数错误

$Q_m(x)$ 必须与 $P_m(x)$ 同次。


易错6:代入原方程比较系数时漏项

要仔细整理每一项。


易错7:非齐次方程通解忘记加齐次方程通解

$$ y=Y+y^* $$


易错8:叠加原理使用错误

若 $f(x)=f_1(x)+f_2(x)$,则特解为 $y_1^+y_2^$。


易错9:初始条件代入时机错误

先求通解,再代入初始条件。


易错10:共轭复根中 $\beta$ 计算错误

$$ \beta=\frac{\sqrt{4q-p^2}}{2} $$


易错11:特解形式中三角函数与多项式乘积忘记 $x^k$

若 $\alpha\pm\beta i$ 是特征根,必须乘 $x$。


易错12:非齐次方程特解形式选择不当

要根据 $f(x)$ 的类型选择特解形式。


五、真题链接思路

真题方向1:齐次方程

常见形式:

$$ y''+py'+qy=0 $$

处理方法:

  1. 写特征方程;
  2. 求特征根;
  3. 根据根的类型写通解。

真题方向2:非齐次方程

常见形式:

$$ y''+py'+qy=f(x) $$

处理方法:

  1. 求齐次方程通解;
  2. 根据 $f(x)$ 设特解形式;
  3. 代入原方程确定系数;
  4. 通解 = 齐次通解 + 特解。

真题方向3:初值问题

常见形式:

$$ y''+py'+qy=f(x),\quad y(0)=a,\ y'(0)=b $$

处理方法:

  1. 求通解;
  2. 代入初始条件;
  3. 确定任意常数。

真题方向4:叠加原理

常见形式:

$$ y''+py'+qy=f_1(x)+f_2(x) $$

处理方法:

  1. 分别求 $f_1$、$f_2$ 对应的特解;
  2. 特解相加;
  3. 加上齐次方程通解。

真题方向5:微分方程与物理应用

常见形式:

  • 弹簧振子;
  • 阻尼振动;
  • 电路问题。

处理方法:

  1. 建立微分方程;
  2. 判断类型;
  3. 求通解;
  4. 代入初始条件。

真题方向6:微分方程与几何应用

常见形式:

  • 曲线满足某微分方程;
  • 求曲线方程。

处理方法:

  1. 建立微分方程;
  2. 求解;
  3. 代入初始条件。

真题方向7:微分方程与极限综合

常见形式:

  • 已知微分方程的解,求极限;
  • 已知极限,求微分方程。

处理方法:

  1. 求微分方程通解;
  2. 分析极限;
  3. 确定常数。

六、记忆清单

齐次方程:

$$ y''+py'+qy=0 $$

特征方程:

$$ r^2+pr+q=0 $$

特征根:

$$ r_{1,2}=\frac{-p\pm\sqrt{p^2-4q}}{2} $$

通解形式:

$$ Y= \begin{cases} C_1e^{r_1x}+C_2e^{r_2x}, & \Delta>0\\ (C_1+C_2x)e^{rx}, & \Delta=0\\ e^{\alpha x}(C_1\cos\beta x+C_2\sin\beta x), & \Delta<0 \end{cases} $$

非齐次方程:

$$ y''+py'+qy=f(x) $$

通解:

$$ y=Y+y^* $$

特解形式:

$f(x)=P_m(x)e^{\lambda x}$:

$$ y^*=x^kQ_m(x)e^{\lambda x} $$

$f(x)=e^{\alpha x}(P_m\cos\beta x+Q_n\sin\beta x)$:

$$ y^*=x^ke^{\alpha x}(R_l\cos\beta x+S_l\sin\beta x) $$

$k$ 的取法:

  • $\lambda$ 不是特征根:$k=0$;
  • $\lambda$ 是单特征根:$k=1$;
  • $\lambda$ 是二重特征根:$k=2$。

共轭复根:

$$ \alpha=-\frac p2,\quad \beta=\frac{\sqrt{4q-p^2}}{2} $$

叠加原理:

$$ y_1^+y_2^\text{ 是 }f_1+f_2\text{ 的特解} $$

口诀:

特征方程求根,三种情形写通解;
非齐次设特解,$k$ 看是否为特征根;
多项式同次设,三角函数乘 $x$ 看情况;
通解等于齐次加特解,初始条件最后代。

本教程共58节,当前为第33节!
本教程最新修订时间为:2026-10-03 12:42:51

📌 面试天下网:一款服务于上班族的口袋书,让大家在地铁里/公交上可以学习大模型技术!
📌 网站公告:【悬赏 200 元/篇】寻找“大模型面试战场”的一手回忆录
📌 网站公告:【大模型/Agent面试陪练1V1指导】正式启动......

评论专区

评论加载中...