第九講 二階常係數齊次線性ODE
阿新 • • 發佈:2018-12-16
一,標準形式:
,A和B是常係數
二,求特徵方程:
- 設,t是自變數
- ,
- 標準形式化為:
- 兩邊同時除以,得特徵方程:
三,解特徵方程得通解,有三種情況:
- r是兩個不同的實數:,
- 通解:
- 、為方程的兩個解,且線性無關
- 、為任意常數
- 設初始條件、,建立方程組,解出、
- 將、代入通解,解得特解
- r是一對共軛複數:
- ,是複函式
- 定理:如果複函式是實微分方程的解,那麼、
- 證明:視訊31:00~33:15
- ,
- 通解:
- 表示震盪的幅度,、表示幅值,表示頻率,、為任意常數
- 設初始條件、,建立方程組,解出、
- 將、代入通解,解得特解
- 利用輔助角公式:,
- 化簡特解:
- 表示相位延遲(右移)
- r是兩個相等的實數:,
- 標準形式:,,
- 特徵方程:
- 將、、代入標準形式
- 解得:
- 設,,得
- 通解:
三,應用:彈簧—質量—阻尼系統
- 如圖
- o點為平衡位置,小車靜止
- 問題:求小車位置x隨時間t變化的函式?
- 建立數學模型:
- 表示小車向右的拉力,表示向左的彈簧力,k表示彈性係數,表示向左的阻尼力
- 化為標準形式:
- 阻尼常數比彈性常數大的情況(無震盪):
- 設阻尼常數,彈性常數
- 原方程變為:
- 特徵方程:
- 解特徵方程得:,
- 通解:
- 設初始條件:,
- 建立方程組:;
- 解出:,
- 代入通解得特解:
- 繪製解影象:視訊25:00~28:00
- 阻尼常數比彈性常數小的情況(震盪):
- 設阻尼常數,彈性常數
- 原方程變為:
- 特徵方程:
- 解特徵方程得:
- 通解:
- 設初始條件:,
- 建立方程組……,解出:,
- 代入通解得特解:
- 利用輔助角公式化簡特解:,
- 繪製解影象:視訊40:30~42:30
- 臨界阻尼:
- 設阻尼常數,彈性常數
- 原方程變為:
- 特徵方程:
- 解特徵方程得:
- 通解:
- ……