常数变易法求解非齐次线性微分方程

文章目录

  • 常数变易法求解一阶非齐次线性微分方程
  • 常数变易法求解二阶非齐次线性微分方程
  • 例题

常数变易法求解一阶非齐次线性微分方程

对于一阶非齐次线性微分方程

y ′ + p ( x ) y = q ( x ) y' + p(x)y = q(x) y′+p(x)y=q(x)

先用分离变量法求解对应的齐次方程

y ′ + p ( x ) y = 0 ⇒ y = C e − ∫ p ( x ) d x \begin{aligned} & y' + p(x)y = 0 \\ \Rightarrow & y = C e^{- \int p(x)dx} \end{aligned} ⇒​y′+p(x)y=0y=Ce−∫p(x)dx​

将 C C C 改为 C ( x ) C(x) C(x),令 y = C ( x ) e − ∫ p ( x ) d x y = C(x) e^{- \int p(x)dx} y=C(x)e−∫p(x)dx,代入原非齐次方程得

[ C ′ ( x ) e − ∫ p ( x ) d x − p ( x ) e − ∫ p ( x ) d x ] + p ( x ) e − ∫ p ( x ) d x = q ( x ) ⇒ C ′ ( x ) e − ∫ p ( x ) d x = q ( x ) ⇒ C ( x ) = ∫ q ( x ) e ∫ p ( x ) d x d x + C \begin{aligned} & \left[ C'(x) e^{- \int p(x)dx} - p(x) e^{- \int p(x)dx} \right] + p(x) e^{- \int p(x)dx} = q(x) \\ \Rightarrow & C'(x) e^{- \int p(x)dx} = q(x) \\ \Rightarrow & C(x) = \int q(x) e^{\int p(x)dx} dx + C \end{aligned} ⇒⇒​[C′(x)e−∫p(x)dx−p(x)e−∫p(x)dx]+p(x)e−∫p(x)dx=q(x)C′(x)e−∫p(x)dx=q(x)C(x)=∫q(x)e∫p(x)dxdx+C​

所以一阶非齐次线性微分方程的通解为

y = e − ∫ p ( x ) d x ( ∫ q ( x ) e ∫ p ( x ) d x d x + C ) y = e^{- \int p(x)dx} \left( \int q(x) e^{\int p(x)dx} dx + C \right) y=e−∫p(x)dx(∫q(x)e∫p(x)dxdx+C)

常数变易法求解二阶非齐次线性微分方程

对于二阶非齐次线性微分方程

y ′ ′ + p ( x ) y ′ + q ( x ) y = f ( x ) y''+p(x)y'+q(x)y=f(x) y′′+p(x)y′+q(x)y=f(x)

设对应齐次方程的两个线性无关解为 y 1 , y 2 y_1,y_2 y1​,y2​,则其通解为

y = C 1 y 1 + C 2 y 2 ( C 1 , C 2 为任意常数) y = C_1 y_1 + C_2 y_2(C_1,C_2为任意常数) y=C1​y1​+C2​y2​(C1​,C2​为任意常数)

因此可设非齐次方程的特解为

y ∗ = C 1 ( x ) y 1 + C 2 ( x ) y 2 y^* = C_1(x) y_1 + C_2(x) y_2 y∗=C1​(x)y1​+C2​(x)y2​

为确定函数 C 1 ( x ) , C 2 ( x ) C_1(x),C_2(x) C1​(x),C2​(x),可对上式进行求导得

( y ∗ ) ′ = [ C 1 ′ ( x ) y 1 + C 1 ( x ) y 1 ′ ] + [ C 2 ′ ( x ) y 2 + C 2 ( x ) y 2 ′ ] = [ C 1 ′ ( x ) y 1 + C 2 ′ ( x ) y 2 ] + [ C 1 ( x ) y 1 ′ + C 2 ( x ) y 2 ′ ] \begin{aligned} (y^*)' &= [C_1'(x) y_1 + C_1(x) y_1'] + [C_2'(x) y_2 + C_2(x) y_2'] \\ &= [C_1'(x) y_1 + C_2'(x) y_2] + [C_1(x) y_1' + C_2(x) y_2'] \end{aligned} (y∗)′​=[C1′​(x)y1​+C1​(x)y1′​]+[C2′​(x)y2​+C2​(x)y2′​]=[C1′​(x)y1​+C2′​(x)y2​]+[C1​(x)y1′​+C2​(x)y2′​]​

接下来对上式再进行一次求导,不过在此之前,为了使得 y ′ ′ y'' y′′ 中不含 C 1 ′ ′ ( x ) , C 2 ′ ′ ( x ) C_1''(x),C_2''(x) C1′′​(x),C2′′​(x),可令 C 1 ′ ( x ) y 1 + C 2 ′ ( x ) y 2 = 0 C_1'(x) y_1 + C_2'(x) y_2 = 0 C1′​(x)y1​+C2′​(x)y2​=0,现在对上式求导得

( y ∗ ) ′ ′ = [ C 1 ( x ) y 1 ′ + C 2 ( x ) y 2 ′ ] ′ = [ C 1 ′ ( x ) y 1 ′ + C 1 ( x ) y 1 ′ ′ ] + [ C 2 ′ ( x ) y 2 ′ + C 2 ( x ) y 2 ′ ′ ] \begin{aligned} (y^*)'' &= [C_1(x) y_1' + C_2(x) y_2']' \\ &= [C_1'(x) y_1' + C_1(x) y_1''] + [C_2'(x) y_2' + C_2(x) y_2''] \end{aligned} (y∗)′′​=[C1​(x)y1′​+C2​(x)y2′​]′=[C1′​(x)y1′​+C1​(x)y1′′​]+[C2′​(x)y2′​+C2​(x)y2′′​]​

将 y , y ′ , y ′ ′ y,y',y'' y,y′,y′′ 代入原非齐次方程得

[ C 1 ′ ( x ) y 1 ′ + C 1 ( x ) y 1 ′ ′ ] + [ C 2 ′ ( x ) y 2 ′ + C 2 ( x ) y 2 ′ ′ ] + p ( x ) [ C 1 ( x ) y 1 ′ + C 2 ( x ) y 2 ′ ] + q ( x ) [ C 1 ( x ) y 1 + C 2 ( x ) y 2 ] = f ( x ) ⇒ C 1 ( x ) [ y 1 ′ ′ + p ( x ) y 1 ′ + q ( x ) y 1 ] + C 2 ( x ) [ y 2 ′ ′ + p ( x ) y 2 ′ + q ( x ) y 2 ] + [ C 1 ′ ( x ) y 1 ′ + C 2 ′ ( x ) y 2 ′ ] = f ( x ) ⇒ C 1 ′ ( x ) y 1 ′ + C 2 ′ ( x ) y 2 ′ = f ( x ) \begin{aligned} & [C_1'(x) y_1' + C_1(x) y_1''] + [C_2'(x) y_2' + C_2(x) y_2''] + p(x)[C_1(x) y_1' + C_2(x) y_2'] + q(x) [C_1(x) y_1 + C_2(x) y_2] = f(x) \\ \Rightarrow & C_1(x) [y_1''+p(x)y_1'+q(x)y_1] + C_2(x) [y_2''+p(x)y_2'+q(x)y_2] + [C_1'(x) y_1' + C_2'(x) y_2'] = f(x) \\ \Rightarrow & C_1'(x) y_1' + C_2'(x) y_2' = f(x) \end{aligned} ⇒⇒​[C1′​(x)y1′​+C1​(x)y1′′​]+[C2′​(x)y2′​+C2​(x)y2′′​]+p(x)[C1​(x)y1′​+C2​(x)y2′​]+q(x)[C1​(x)y1​+C2​(x)y2​]=f(x)C1​(x)[y1′′​+p(x)y1′​+q(x)y1​]+C2​(x)[y2′′​+p(x)y2′​+q(x)y2​]+[C1′​(x)y1′​+C2′​(x)y2′​]=f(x)C1′​(x)y1′​+C2′​(x)y2′​=f(x)​

联立两个方程

{ C 1 ′ ( x ) y 1 + C 2 ′ ( x ) y 2 = 0 C 1 ′ ( x ) y 1 ′ + C 2 ′ ( x ) y 2 ′ = f ( x ) \begin{cases} C_1'(x) y_1 + C_2'(x) y_2 = 0 \\ C_1'(x) y_1' + C_2'(x) y_2' = f(x) \\ \end{cases} {C1′​(x)y1​+C2′​(x)y2​=0C1′​(x)y1′​+C2′​(x)y2′​=f(x)​

即可求得 C 1 ′ ( x ) , C 2 ′ ( x ) C_1'(x),C_2'(x) C1′​(x),C2′​(x),最后进行积分得到 C 1 ( x ) , C 2 ( x ) C_1(x),C_2(x) C1​(x),C2​(x)。

【注】常数变易法在同济七版高等数学中有介绍,适用于求解任意二阶非齐次常系数线性微分方程(提醒:在考研范围内,非齐次项的形式是固定的,而非任意形式)。

例题

【例 1】求解微分方程 y ′ ′ + 3 y ′ + 2 y = x 2 y'' + 3y' + 2y = x^2 y′′+3y′+2y=x2

【解】先求对应齐次通解: y = C 1 e − x + C 2 e − 2 x y = C_1 e^{-x} + C_2 e^{-2x} y=C1​e−x+C2​e−2x,所以 y 1 = e − x , y 2 = e − 2 x y_1 = e^{-x}, y_2 = e^{-2x} y1​=e−x,y2​=e−2x,解方程组

{ C 1 ′ ( x ) e − x + C 2 ′ ( x ) e − 2 x = 0 − C 1 ′ ( x ) e − x − 2 C 2 ′ ( x ) e − 2 x = x 2 \begin{cases} C_1'(x) e^{-x} + C_2'(x) e^{-2x} = 0 \\ -C_1'(x) e^{-x} - 2C_2'(x) e^{-2x} = x^2 \\ \end{cases} {C1′​(x)e−x+C2′​(x)e−2x=0−C1′​(x)e−x−2C2′​(x)e−2x=x2​

可求得

{ C 1 ′ ( x ) = ∣ 0 e − 2 x x 2 − 2 e − 2 x ∣ / ∣ e − x e − 2 x − e − x − 2 e − 2 x ∣ = − x 2 e − 2 x − e − 3 x = x 2 e x C 2 ′ ( x ) = ∣ e − x 0 − e − x x 2 ∣ / ∣ e − x e − 2 x − e − x − 2 e − 2 x ∣ = x 2 e − x − e − 3 x = − x 2 e 2 x \begin{cases} C_1'(x) = \begin{vmatrix} 0 & e^{-2x} \\ x^2 & -2e^{-2x} \end{vmatrix} / \begin{vmatrix} e^{-x} & e^{-2x} \\ -e^{-x} & -2e^{-2x} \end{vmatrix} = \frac{-x^2e^{-2x}}{-e^{-3x}} = x^2 e^x\\ C_2'(x) = \begin{vmatrix} e^{-x} & 0 \\ -e^{-x} & x^2 \end{vmatrix} / \begin{vmatrix} e^{-x} & e^{-2x} \\ -e^{-x} & -2e^{-2x} \end{vmatrix} = \frac{x^2e^{-x}}{-e^{-3x}} = -x^2 e^{2x} \end{cases} ⎩ ⎨ ⎧​C1′​(x)= ​0x2​e−2x−2e−2x​ ​/ ​e−x−e−x​e−2x−2e−2x​ ​=−e−3x−x2e−2x​=x2exC2′​(x)= ​e−x−e−x​0x2​ ​/ ​e−x−e−x​e−2x−2e−2x​ ​=−e−3xx2e−x​=−x2e2x​

于是

{ C 1 ( x ) = ( x 2 − 2 x + 2 ) e x C 2 ( x ) = − 1 4 ( 2 x 2 − 2 x + 1 ) e 2 x \begin{cases} C_1(x) = (x^2-2x+2) e^x\\ C_2(x) = -\frac{1}{4}(2x^2 - 2x + 1) e^{2x} \end{cases} {C1​(x)=(x2−2x+2)exC2​(x)=−41​(2x2−2x+1)e2x​

所以特解为

y ∗ = C 1 ( x ) y 1 + C 2 ( x ) y 2 = ( x 2 − 2 x + 2 ) − 1 4 ( 2 x 2 − 2 x + 1 ) = 1 2 x 2 − 3 2 x + 7 4 \begin{aligned} y^* &= C_1(x) y_1 + C_2(x) y_2 \\ &= (x^2-2x+2) - \frac{1}{4}(2x^2 - 2x + 1) \\ &= \frac{1}{2}x^2 - \frac{3}{2}x + \frac{7}{4} \end{aligned} y∗​=C1​(x)y1​+C2​(x)y2​=(x2−2x+2)−41​(2x2−2x+1)=21​x2−23​x+47​​

【例 2】求解微分方程 y ′ ′ + 3 y ′ + 2 y = sin ⁡ x y'' + 3y' + 2y = \sin x y′′+3y′+2y=sinx

【解】先求对应齐次通解: y = C 1 e − x + C 2 e − 2 x y = C_1 e^{-x} + C_2 e^{-2x} y=C1​e−x+C2​e−2x,所以 y 1 = e − x , y 2 = e − 2 x y_1 = e^{-x}, y_2 = e^{-2x} y1​=e−x,y2​=e−2x,解方程组

{ C 1 ′ ( x ) e − x + C 2 ′ ( x ) e − 2 x = 0 − C 1 ′ ( x ) e − x − 2 C 2 ′ ( x ) e − 2 x = sin ⁡ x \begin{cases} C_1'(x) e^{-x} + C_2'(x) e^{-2x} = 0 \\ -C_1'(x) e^{-x} - 2C_2'(x) e^{-2x} = \sin x \\ \end{cases} {C1′​(x)e−x+C2′​(x)e−2x=0−C1′​(x)e−x−2C2′​(x)e−2x=sinx​

可求得

{ C 1 ′ ( x ) = ∣ 0 e − 2 x sin ⁡ x − 2 e − 2 x ∣ / ∣ e − x e − 2 x − e − x − 2 e − 2 x ∣ = e − 2 x sin ⁡ x − e − 3 x = e x sin ⁡ x C 2 ′ ( x ) = ∣ e − x 0 − e − x sin ⁡ x ∣ / ∣ e − x e − 2 x − e − x − 2 e − 2 x ∣ = e − x sin ⁡ x − e − 3 x = − e 2 x sin ⁡ x \begin{cases} C_1'(x) = \begin{vmatrix} 0 & e^{-2x} \\ \sin x & -2e^{-2x} \end{vmatrix} / \begin{vmatrix} e^{-x} & e^{-2x} \\ -e^{-x} & -2e^{-2x} \end{vmatrix} = \frac{e^{-2x}\sin x}{-e^{-3x}} = e^x \sin x\\ C_2'(x) = \begin{vmatrix} e^{-x} & 0 \\ -e^{-x} & \sin x \end{vmatrix} / \begin{vmatrix} e^{-x} & e^{-2x} \\ -e^{-x} & -2e^{-2x} \end{vmatrix} = \frac{e^{-x}\sin x}{-e^{-3x}} = -e^{2x} \sin x \end{cases} ⎩ ⎨ ⎧​C1′​(x)= ​0sinx​e−2x−2e−2x​ ​/ ​e−x−e−x​e−2x−2e−2x​ ​=−e−3xe−2xsinx​=exsinxC2′​(x)= ​e−x−e−x​0sinx​ ​/ ​e−x−e−x​e−2x−2e−2x​ ​=−e−3xe−xsinx​=−e2xsinx​

于是

{ C 1 ( x ) = 1 2 ( sin ⁡ x − cos ⁡ x ) e x C 2 ( x ) = − 4 5 ( 1 2 sin ⁡ x − 1 4 cos ⁡ x ) e 2 x \begin{cases} C_1(x) = \frac{1}{2} (\sin x - \cos x) e^x\\ C_2(x) = -\frac{4}{5}(\frac{1}{2} \sin x - \frac{1}{4} \cos x) e^{2x} \end{cases} {C1​(x)=21​(sinx−cosx)exC2​(x)=−54​(21​sinx−41​cosx)e2x​

所以特解为

y ∗ = C 1 ( x ) y 1 + C 2 ( x ) y 2 = 1 2 ( sin ⁡ x − cos ⁡ x ) − 4 5 ( 1 2 sin ⁡ x − 1 4 cos ⁡ x ) = 1 10 sin ⁡ x − 3 10 cos ⁡ x \begin{aligned} y^* &= C_1(x) y_1 + C_2(x) y_2 \\ &= \frac{1}{2} (\sin x - \cos x) -\frac{4}{5}(\frac{1}{2} \sin x - \frac{1}{4} \cos x) \\ &= \frac{1}{10} \sin x - \frac{3}{10} \cos x \end{aligned} y∗​=C1​(x)y1​+C2​(x)y2​=21​(sinx−cosx)−54​(21​sinx−41​cosx)=101​sinx−103​cosx​

【例 3】求解微分方程 y ′ ′ + 4 y = cos ⁡ 2 x y'' + 4y = \cos 2x y′′+4y=cos2x

【解】先求对应齐次通解: y = C 1 cos ⁡ 2 x + C 2 sin ⁡ 2 x y = C_1 \cos 2x + C_2 \sin 2x y=C1​cos2x+C2​sin2x,所以 y 1 = cos ⁡ 2 x , y 2 = sin ⁡ 2 x y_1 = \cos 2x, y_2 = \sin 2x y1​=cos2x,y2​=sin2x,解方程组

{ C 1 ′ ( x ) cos ⁡ 2 x + C 2 ′ ( x ) sin ⁡ 2 x = 0 − 2 C 1 ′ ( x ) sin ⁡ 2 x + 2 C 2 ′ ( x ) cos ⁡ 2 x = cos ⁡ 2 x \begin{cases} C_1'(x) \cos 2x + C_2'(x) \sin 2x = 0 \\ -2C_1'(x) \sin 2x + 2C_2'(x) \cos 2x = \cos 2x \\ \end{cases} {C1′​(x)cos2x+C2′​(x)sin2x=0−2C1′​(x)sin2x+2C2′​(x)cos2x=cos2x​

可求得

{ C 1 ′ ( x ) = ∣ 0 sin ⁡ 2 x cos ⁡ 2 x 2 cos ⁡ 2 x ∣ / ∣ cos ⁡ 2 x sin ⁡ 2 x − 2 sin ⁡ 2 x 2 cos ⁡ 2 x ∣ = − sin ⁡ 2 x cos ⁡ 2 x 2 cos ⁡ 2 2 x + 2 sin ⁡ 2 2 x = − 1 4 sin ⁡ 4 x C 2 ′ ( x ) = ∣ cos ⁡ 2 x 0 − 2 sin ⁡ 2 x cos ⁡ 2 x ∣ / ∣ cos ⁡ 2 x sin ⁡ 2 x − 2 sin ⁡ 2 x 2 cos ⁡ 2 x ∣ = cos ⁡ 2 2 x 2 cos ⁡ 2 2 x + 2 sin ⁡ 2 2 x = 1 4 ( cos ⁡ 4 x + 1 ) \begin{cases} C_1'(x) = \begin{vmatrix} 0 & \sin 2x \\ \cos 2x & 2\cos 2x \end{vmatrix} / \begin{vmatrix} \cos 2x & \sin 2x \\ -2\sin 2x & 2\cos 2x \end{vmatrix} = -\frac{\sin 2x \cos 2x}{2\cos^2 2x + 2\sin^2 2x} = -\frac{1}{4} \sin 4x \\ C_2'(x) = \begin{vmatrix} \cos 2x & 0 \\ -2\sin 2x & \cos 2x \end{vmatrix} / \begin{vmatrix} \cos 2x & \sin 2x \\ -2\sin 2x & 2\cos 2x \end{vmatrix} = \frac{\cos^2 2x}{2\cos^2 2x + 2\sin^2 2x} = \frac{1}{4} (\cos 4x + 1) \end{cases} ⎩ ⎨ ⎧​C1′​(x)= ​0cos2x​sin2x2cos2x​ ​/ ​cos2x−2sin2x​sin2x2cos2x​ ​=−2cos22x+2sin22xsin2xcos2x​=−41​sin4xC2′​(x)= ​cos2x−2sin2x​0cos2x​ ​/ ​cos2x−2sin2x​sin2x2cos2x​ ​=2cos22x+2sin22xcos22x​=41​(cos4x+1)​

于是

{ C 1 ( x ) = 1 16 cos ⁡ 4 x C 2 ( x ) = 1 4 x + 1 16 sin ⁡ 4 x \begin{cases} C_1(x) = \frac{1}{16} \cos 4x \\ C_2(x) = \frac{1}{4} x + \frac{1}{16}\sin 4x \end{cases} {C1​(x)=161​cos4xC2​(x)=41​x+161​sin4x​

所以特解为

y ∗ = C 1 ( x ) y 1 + C 2 ( x ) y 2 = 1 16 cos ⁡ 4 x cos ⁡ 2 x + ( 1 4 x + 1 16 sin ⁡ 4 x ) sin ⁡ 2 x = 1 16 ( cos ⁡ 4 x cos ⁡ 2 x + sin ⁡ 4 x sin ⁡ 2 x ) + 1 4 x sin ⁡ 2 x = 1 16 cos ⁡ 2 x + 1 4 x sin ⁡ 2 x \begin{aligned} y^* &= C_1(x) y_1 + C_2(x) y_2 \\ &= \frac{1}{16} \cos 4x \cos 2x + (\frac{1}{4} x + \frac{1}{16}\sin 4x) \sin 2x \\ &= \frac{1}{16} (\cos 4x \cos 2x + \sin 4x \sin 2x) + \frac{1}{4} x \sin 2x \\ &= \frac{1}{16} \cos 2x + \frac{1}{4} x \sin 2x \end{aligned} y∗​=C1​(x)y1​+C2​(x)y2​=161​cos4xcos2x+(41​x+161​sin4x)sin2x=161​(cos4xcos2x+sin4xsin2x)+41​xsin2x=161​cos2x+41​xsin2x​

由于方程的通解为

y = ( C 1 + 1 16 ) cos ⁡ 2 x + C 2 sin ⁡ 2 x + 1 4 x sin ⁡ 2 x = C 3 cos ⁡ 2 x + C 2 sin ⁡ 2 x + 1 4 x sin ⁡ 2 x \begin{aligned} y &= (C_1 + \frac{1}{16}) \cos 2x + C_2 \sin 2x + \frac{1}{4} x \sin 2x \\ &= C_3 \cos 2x + C_2 \sin 2x + \frac{1}{4} x \sin 2x \end{aligned} y​=(C1​+161​)cos2x+C2​sin2x+41​xsin2x=C3​cos2x+C2​sin2x+41​xsin2x​

所以特解应为

y ∗ = 1 4 x sin ⁡ 2 x y^* = \frac{1}{4} x \sin 2x y∗=41​xsin2x

【例 4】求解微分方程 y ′ ′ − 2 y ′ + y = x e x y'' - 2y' + y = xe^x y′′−2y′+y=xex

【解】先求对应齐次通解: y = C 1 e x + C 2 x e x y = C_1 e^{x} + C_2 xe^{x} y=C1​ex+C2​xex,所以 y 1 = e x , y 2 = x e x y_1 = e^{x}, y_2 = xe^{x} y1​=ex,y2​=xex,解方程组

{ C 1 ′ ( x ) e x + C 2 ′ ( x ) x e x = 0 C 1 ′ ( x ) e x + C 2 ′ ( x ) ( x + 1 ) e x = x e x \begin{cases} C_1'(x) e^{x} + C_2'(x) xe^{x} = 0 \\ C_1'(x) e^{x} + C_2'(x) (x+1)e^{x} = xe^x \\ \end{cases} {C1′​(x)ex+C2′​(x)xex=0C1′​(x)ex+C2′​(x)(x+1)ex=xex​

可求得

{ C 1 ′ ( x ) = ∣ 0 x e x x e x ( x + 1 ) e x ∣ / ∣ e x x e x e x ( x + 1 ) e x ∣ = − x 2 e 2 x e 2 x = − x 2 C 2 ′ ( x ) = ∣ e x 0 e x x e x ∣ / ∣ e x x e x e x ( x + 1 ) e x ∣ = x e 2 x e 2 x = x \begin{cases} C_1'(x) = \begin{vmatrix} 0 & xe^{x} \\ xe^{x} & (x+1)e^{x} \end{vmatrix} / \begin{vmatrix} e^{x} & xe^{x} \\ e^{x} & (x+1)e^{x} \end{vmatrix} = \frac{-x^2e^{2x}}{e^{2x}} = -x^2 \\ C_2'(x) = \begin{vmatrix} e^{x} & 0 \\ e^{x} & xe^{x} \end{vmatrix} / \begin{vmatrix} e^{x} & xe^{x} \\ e^{x} & (x+1)e^{x} \end{vmatrix} = \frac{xe^{2x}}{e^{2x}} = x \end{cases} ⎩ ⎨ ⎧​C1′​(x)= ​0xex​xex(x+1)ex​ ​/ ​exex​xex(x+1)ex​ ​=e2x−x2e2x​=−x2C2′​(x)= ​exex​0xex​ ​/ ​exex​xex(x+1)ex​ ​=e2xxe2x​=x​

于是

{ C 1 ( x ) = − 1 3 x 3 C 2 ( x ) = 1 2 x 2 \begin{cases} C_1(x) = -\frac{1}{3} x^3 \\ C_2(x) = \frac{1}{2} x^2 \end{cases} {C1​(x)=−31​x3C2​(x)=21​x2​

所以特解为

y ∗ = C 1 ( x ) y 1 + C 2 ( x ) y 2 = − 1 3 x 3 ⋅ e x + 1 2 x 2 ⋅ x e x = 1 6 x 3 e x \begin{aligned} y^* &= C_1(x) y_1 + C_2(x) y_2 \\ &= -\frac{1}{3} x^3 \cdot e^{x} + \frac{1}{2} x^2 \cdot xe^{x} \\ &= \frac{1}{6} x^3 e^{x} \end{aligned} y∗​=C1​(x)y1​+C2​(x)y2​=−31​x3⋅ex+21​x2⋅xex=61​x3ex​

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