kaoyan2advanced 高等数学 第159题

教材习题

📝 题目

### 第159题

设 $p(x), q(x), f(x)$ 均是已知的连续函数,$y_{1}(x), y_{2}(x), y_{3}(x)$ 是 $y^{\prime \prime}+p(x) y^{\prime}+ q(x) y=f(x)$ 的 3 个线性无关的解,$C_{1}$ 与 $C_{2}$ 为任意常数,则方程的通解为 (A)$\left(C_{1}-C_{2}\right) y_{1}+\left(C_{2}+C_{1}\right) y_{2}+\left(1-C_{2}\right) y_{3}$. (B)$\left(C_{1}-C_{2}\right) y_{1}+\left(C_{2}-C_{1}\right) y_{2}+\left(C_{1}+C_{2}\right) y_{3}$ . (C) $2 C_{1} y_{1}+\left(C_{2}-C_{1}\right) y_{2}+\left(1-C_{1}-C_{2}\right) y_{3}$ . (D)$C_{1} y_{1}+\left(C_{2}-C_{1}\right) y_{2}+\left(1+C_{1}-C_{2}\right) y_{3}$ .

💡 答案解析

**答案**:D **解析**:非齐次方程的通解为齐次通解加一个特解。$y_1,y_2,y_3$线性无关,则$y_2-y_1$和$y_3-y_1$是齐次方程的两个线性无关解。通解可写为$y_1+C_1(y_2-y_1)+C_2(y_3-y_1)=C_1y_2+C_2y_3+(1-C_1-C_2)y_1$。令$C_1=C_2$,$C_2=C_1$,则选项D中$C_1y_1+(C_2-C_1)y_2+(1+C_1-C_2)y_3$可化为$y_3+C_1(y_1-y_3)+C_2(y_2-y_3)$,符合通解结构。 **难度**:★★★☆☆

📋 详细解题步骤

步骤 1/6
目标:分析非齐次方程通解结构
对于二阶非齐次线性微分方程 $y''+p(x)y'+q(x)y=f(x)$,其通解等于齐次方程的通解加上一个特解。已知 $y_1, y_2, y_3$ 是三个线性无关的特解,则任意两个解的差(如 $y_2-y_1$ 和 $y_3-y_1$)是齐次方程 $y''+p(x)y'+q(x)y=0$ 的两个线性无关的解。
公式:$$y_{\text{非齐次通解}} = y_{\text{齐次通解}} + y_{\text{特解}}$$
提示:注意线性无关解的差构造齐次解
步骤 2/6
目标:构造齐次方程的通解
由于 $y_2-y_1$ 和 $y_3-y_1$ 线性无关,齐次方程的通解可表示为 $C_1(y_2-y_1)+C_2(y_3-y_1)$,其中 $C_1, C_2$ 为任意常数。
公式:$$y_h = C_1(y_2 - y_1) + C_2(y_3 - y_1)$$
提示:确保差函数线性无关
步骤 3/6
目标:写出非齐次方程的通解形式
取 $y_1$ 作为非齐次方程的一个特解,则非齐次方程的通解为: $$y = y_1 + C_1(y_2-y_1) + C_2(y_3-y_1) = C_1 y_2 + C_2 y_3 + (1-C_1-C_2)y_1.$$
公式:$$y = y_1 + C_1(y_2-y_1) + C_2(y_3-y_1) = C_1 y_2 + C_2 y_3 + (1-C_1-C_2)y_1$$
提示:注意特解与齐次解的线性组合形式
步骤 4/6
目标:验证选项D的结构
选项D为:$C_1 y_1 + (C_2-C_1) y_2 + (1+C_1-C_2) y_3$。 将其改写为:$y_3 + C_1(y_1-y_3) + C_2(y_2-y_3)$。 由于 $y_1-y_3$ 和 $y_2-y_3$ 也是齐次方程的两个线性无关解,且 $y_3$ 是特解,因此该形式符合非齐次方程通解结构。
公式:$$y = y^* + C_1 y_1 + C_2 y_2$$
提示:注意线性无关解的判断
步骤 5/6
目标:排除其他选项
选项A、B、C中的系数组合无法化为标准形式 $\text{特解} + C_1 \cdot \text{齐次解1} + C_2 \cdot \text{齐次解2}$,且线性无关性条件不满足,因此错误。
提示:注意特解与齐次解的组合形式
步骤 6/6
目标:得出答案
因此,正确选项为 **D**。
提示:注意非齐次项对解结构的影响

📷 拍照上传批改

拍照上传批改功能已预留入口,后续接入图片上传、OCR识别与AI批改。