微分方程:齐次线性方程组

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例子问题

问题61:微分方程

求给定方程组的通解。

可能的答案:

正确答案:

解释

求给定方程组的通解

首先找到特征值和特征向量。

因此特征值是

现在计算特征向量

因此,

因此

因此,

通解是,

问题62:微分方程

解初值问题.在哪里

可能的答案:

正确答案:

解释

要解齐次方程组,我们需要一个基本矩阵。具体来说,它有助于得到矩阵指数。为了做到这一点,我们将矩阵对角化。首先,我们要找到特征值我们可以通过计算的行列式来做

求特征空间,对于= 1,我们有

第一行加-1/2到第二行再除以-1/2,得到这意味着

因此,我们有一个特征向量

对于= 4

把第一行加到第二行,我们有

所以用一个特征向量

因此,我们有而且.用2x2矩阵的逆公式,我们得到了这个.正如我们所知,我们有

齐次线性方程组的解是简单地将矩阵指数乘以初始条件。对于其他基本矩阵,也需要矩阵逆。

因此,我们最终的答案是

例子问题1:一阶线性微分方程组

求解齐次方程:

在初始条件下:

可能的答案:

这些答案都不是

正确答案:

解释

这是一个齐次二阶微分方程。为了解出这个方程我们需要解出方程的根。这个方程可以写成:

用二次公式或者因式分解可以得到根而且

齐次方程的解为:

所以我们不知道常数,但可以用我们解出的值代入根:

我们有两个初值,一个是y(t),一个是y'(t),都是t=0\

所以:

所以:

我们可以解出然后代入另一个方程来解

求解,我们得到:然后

这给出了一个最终的答案:

例子问题1:一阶线性微分方程组

求解二阶微分方程:

以初始值为准:

可能的答案:

这些答案都不是

正确答案:

解释

这是一个齐次二阶微分方程。为了解出这个方程我们需要解出方程的根。这个方程可以写成:

用二次公式或者因式分解可以得到根而且

齐次方程的解为:

所以我们不知道常数,但可以用我们解出的值代入根:

我们有两个初值,一个是y(t)另一个是y'(t),都是t=0

所以:

所以:

我们可以解然后代入另一个方程来解

求解,我们得到:然后

这给出了一个最终的答案:

例子问题1:一阶线性微分方程组

求y的微分方程:

在初始条件下:

可能的答案:

正确答案:

解释

这是一个齐次的一阶微分方程。为了解出这个方程我们需要解出方程的根。这个方程可以写成:

给我们一个根

齐次方程的解为:

所以我们不知道这个常数,但可以用我们解出的值代入根:

对于t=0时的y(t)我们有一个初值

所以:

这给出了一个最终的答案:

例子问题1:一阶线性微分方程组

求解三阶微分方程:

可能的答案:

这些答案都不是

正确答案:

解释

这是一个齐次的三阶微分方程。为了解出这个方程我们需要解出方程的根。这个方程可以写成:

用三次式或者因式分解得到根而且

齐次方程的解为:

所以我们不知道常数,但可以用我们解出的值代入根:

我们有三个初值,一个是y(t)一个是y'(t)一个是y'(t)一个是y'(t)都是t=0

所以:

所以:

所以这个可以通过代换来解或者通过建立一个3X3矩阵来化简。一旦你使用了这些方法中的任何一个,常量的值将是:然后而且

这给出了一个最终的答案:

例子问题1:一阶线性微分方程组

求解微分方程:

根据初始条件:

可能的答案:

正确答案:

解释

这是一个齐次的三阶微分方程。为了解出这个方程我们需要解出方程的根。这个方程可以写成:

用三次式或者因式分解得到根而且

齐次方程的解为:

所以我们不知道常数,但可以用我们解出的值代入根:

我们有三个初值,一个是y(t)一个是y'(t)一个是y'(t)一个是y'(t)都是t=0

所以:

所以这个可以通过代换来解或者通过建立一个3X3矩阵来化简。一旦你使用了这些方法中的任何一个,常量的值将是:然后而且

这给出了一个最终的答案:

例8:一阶线性微分方程组

求给定方程组的通解。

可能的答案:

正确答案:

解释

求给定方程组的通解

首先找到特征值和特征向量。

因此特征值是

现在计算特征向量

因此,

因此

因此,

通解是,

例子问题1:齐次线性系统

代入齐次线性方程组,下列哪个矩阵在相平面上有鞍点平衡?

可能的答案:

正确答案:

解释

鞍点相平面由两个不同符号的实数特征值构成。其中三个矩阵是三角形的,这意味着它们的特征值在对角线上。对于这三个,特征值是实数,但都是相同的符号,这意味着它们没有鞍座。对于剩下的两个,我们需要用特征方程找到特征值。

,我们有

这个的区别是,所以解是非实的。因此,这个矩阵不产生鞍点。

我们有,

我们看到这个矩阵产生了两个具有不同符号的实数特征值。因此,这是正确的选择。

问题71:微分方程

求常微分方程组的通解

在哪里

可能的答案:

其他答案都没有。

正确答案:

解释

求的特征值和特征向量用矩阵的特征方程

对应的特征值分别是

而且

我们得到通解是

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