这是一类很特殊的方程,前缀有点多,是一类范围很小的方程,但在物理中经常见到,故单独拿出来进行讨论。
我们先从二阶线性微分方程入手,y''+P(x)y'+Q(x)y+R(x)=0,若R(x)=0,则为二阶线性齐次微分方程。进一步地,若系数和x无关,都为常数,即为常系数二阶线性齐次微分方程y''+py'+qy=0.
要求解这个方程,可以先求出它的两个线性无关的特解,再由解的叠加原理得到通解。
设解的形式为y=e^{rx}代入方程即得到(r^2+pr+q)e^{rx}=0 \Rightarrow r^2+pr+q=0.这个等式称为微分方程的特征方程,可见特征方程是一个一元二次代数方程,其解可由求根公式得到。需要分三种情况讨论:
1)特征方程有两个不等实根r_1 \ne r_2
则两个特解为y_1=e^{r_1x},y_2=e^{r_2x},而\frac{y_1}{y_2} \ne C,故通解为y=C_1e^{r_1x}+C_2e^{r_2x}.
2)特征方程有一对共轭复根r_1=a+bi,r_2=a-bi,b\ne0。