设f(x)是以ω为周期的连续函数,证明:一阶线性微分方程 y’+ky=f(x) 存在唯一的以ω为周期的特解,并求此特解,其中k为常数.

admin2017-10-23  77

问题 设f(x)是以ω为周期的连续函数,证明:一阶线性微分方程
    y’+ky=f(x)
存在唯一的以ω为周期的特解,并求此特解,其中k为常数.

选项

答案由于此线性微分方程的通解可表示为y(x)=e—kx[C+∫0xf(t)ektdt],而为了使其以ω为周期,就应该对任何x满足恒等式 y(x+ω)=e—kx—kω[C+∫0x+ωf(t)ektdt]=y(x), 即 C+∫0xf(t)ektdt=e—kω[C+∫0x+ωf(t)ektdt]. 上式可改写为 e[C+∫0xf(t)ektdt]=C+∫0x+ωf(t)ektdt. (*) 又因 ∫0x+ωf(t)ektdt=∫0ωf(t)ektdt+∫ωx+ωf(t)ektdt,利用f(x)以ω为周期又可得 ∫ωx+ωf(t)ektdt[*]∫0xf(s+ω)ek(s+ω)=e0xf(s)eks=e0xf(t)ktdt, 故(*)又可写成 e[C+∫0xf(t)ektdt]=C+∫0ωf(t)ektdt+e0xf(t)ektdt. 即 eC=C+∫0ωf(t)ektdt. 若令C=[*]∫0ωf(t)ektdt,则此特解就是以ω为周期的函数,由于这样的常数只有一个,所以周期解也只有一个.

解析 本题是求该方程满足某种要求的特解.为此,我们先求通解,然后用确定常数C的办法来得到具有周期性的那个特解.
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