为什么二阶线性齐次微分方程的两个特解要线性无关和才是方程的解?

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为什么二阶线性齐次微分方程的两个特解要线性无关和才是方程的解?

2023-04-21 08:55| 来源: 网络整理| 查看: 265

题主想问的可能是为什么是两个线性无关而不是一个或者三个。换句话说,为什么两个线性无关的特解的线性组合能够表示所有的解。

这并不显然,不过我们可以观察方程y"+p(x)y'+q(x)y=0,倘若已知y上的任一点,以及在该点处的导数,那么y也随之确定下来。这个叫存在唯一性定理。几何意义参考一阶线性齐次微分方程的欧拉数值方法。具体来说,如果p(x)、q(x)是连续的,那么给定某一点的函数值和导数,有且只有一个y满足初值条件和微分方程。如果联想到它的物理意义,可以看作一个物块左右各连接着弹簧和活塞,假设弹性系数和阻尼系数是物块位置的函数(这样p、q不为常数),不难得出位置与时间的关系满足二阶线性齐次微分方程。那么从某一处释放物块,并施加一初速度,就能确定它的运动轨迹,即y。这样一来,让我们取某一点x0,并令y为a,y'为b,为了验证此时的y能否由线性无关的两个特解线性表示,可以设y=k1y1+k2y2,根据初值条件列出方程组。由于y1、y2线性无关,得到Wronskian行列式不为0,因此k1、k2恒有解。

如果从直觉角度讲的话就是(y'',y',y)构成(1,px,qx)的零空间,维度为3-1=2,需要两个基。我们还可以将y1、y2在x0处正交化,使得y=aY1+bY2。



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