Этот метод можно применять только к линейным уравнениям с постоянными коэффициентами и с правой частью специального вида:
,
где α, β – постоянные,
Pn (x), Qm (x) – многочлены степени n и m соответственно.
В этом случае в зависимости от конкретного вида правой части f (x) и корней характеристического уравнения частное решение y ч.н. следует искать в одной из следующих форм.
Сводная таблица видов частных решений
для различных видов правых частей
№ | Правая часть дифференциального уравнения | Корни характеристического уравнения | Виды частного решения |
I | Pm (x) | 1. Число 0 не является корнем характеристического уравнения | ![]() |
2. Число 0 – корень характеристического уравнения кратности s | ![]() | ||
II |
![]() | 1. Число α не является корнем характеристического уравнения | ![]() |
2. Число α является корнем характеристического уравнения кратности s | ![]() | ||
III |
![]() | 1. Числа ![]() | ![]() |
2. Числа ![]() | ![]() | ||
IV |
![]() | 1. Числа ![]() | ![]() |
2. Числа ![]() | ![]() |
Первые три вида правых частей являются частными случаями IV вида.
В связи с ограниченным объемом рассмотрение уравнений более высоких порядков осталось за рамками данного пособия. Самостоятельно ознакомиться с данными видами уравнений можно, например, в пособии [5], указанного в списке литературы.
Примеры.
1. Найти общее решение уравнения
Решение. Заданное уравнение является линейным дифференциальным уравнением второго порядка с постоянными коэффициентами и с правой частью специального вида. Перепишем уравнение в виде .
Запишем соответствующее однородное уравнение:
Характеристическое уравнение , имеет корни
.
Общее решение:
Правая часть имеет вид , где
(совпадает с корнем характеристического уравнения),
- многочлен первой степени, поэтому частное решение следует искать в виде
, тогда
.
Подставив ,
,
в заданное уравнение и находим значение А, В методом неопределённых коэффициентов. (приравнивая коэффициенты при одинаковых степенях x в левой и правой части уравнения)
тогда
Итак, по теореме
для нашего уравнения
2. Найти общее решение уравнения .
Решение. Запишем соответствующее однородное уравнение .
Тогда характеристическое уравнение имеет корни
.
Общее решение:
Правая часть имеет вид:
, т.е.
- многочлен первой степени. Числа
не являются корнями характеристического уравнения.
Частное решение ищем в виде:
Подставив в исходное уравнение и приравняв коэффициенты при одинаковых функциях (т.е. использовав метод неопределённых коэффициентов) получаем:
Частное решение:
Общее решение исходного уравнения:
.
Пример. Найти общее решение уравнения
.
Решение. Характеристическое уравнение имеет корни
, а поэтому общим решением y о.о. соответствующего однородного уравнения будет
.
Для нахождения частного решения данного уравнения найдем частные решения двух уравнений
, (1)
(2)
Уравнение (1) имеет частное решение y 1 вида (см. табл. 1, случай II (1)). Подставляя выражение для y 1 в уравнение (1), найдем А =1, так что
. Частное решение уравнения (2) ищем в виде
(см. табл. 1, случай II (2)). Находим
.
В силу принципа суперпозиции решений частное решение y ч.н. исходного уравнения будет равно сумме частных решений y 1 и y 2 уравнений (1) и (2)
.
Общее решение уравнения
.