柯西-欧拉方程

✍ dations ◷ 2025-04-04 11:21:49 #奥古斯丁·路易·柯西,微分方程

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柯西-欧拉方程是形式如 x 2 y + b x y + c y = 0 {\displaystyle x^{2}y''+bxy'+cy=0} (其中 b , c {\displaystyle b,c} 是常数)的二阶常微分方程。

观察可知 y = x r {\displaystyle y=x^{r}} 是一个特定解:

因为 x r = 0 {\displaystyle x^{r}=0} 当且仅当 x = 0 {\displaystyle x=0} ,所以要考虑二次方程 r 2 + ( b 1 ) r + c = 0 {\displaystyle r^{2}+(b-1)r+c=0} 的解。

p , q {\displaystyle p,q} 为二次方程的解。若 p , q {\displaystyle p,q} 不相等, y {\displaystyle y} 的一般解则为 y = A x p + B x q {\displaystyle y=Ax^{p}+Bx^{q}}

p = q = ( 1 b ) / 2 {\displaystyle p=q=(1-b)/2} ,其中一个特定解为 x r ln x {\displaystyle x^{r}\ln {x}}

代入 r = ( 1 b ) / 2 {\displaystyle r=(1-b)/2} 便知右方括号内等于0。因此核实 x r ln x {\displaystyle x^{r}\ln {x}} 是一个特定解。

于是,便有两个线性独立解,继而可得: y = A x r + B x r ln x {\displaystyle y=Ax^{r}+Bx^{r}\ln {x}}

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