Методы решения линейных однородных уравнений второго порядка
переносятся и на линейные однородные уравнения любого порядка.
Не останавливаясь на доказательствах, рассмотрим метод решения
линейного однородного уравнения n -го порядка с постоянными
коэффициентами
.
Общее решение этого уравнения находится следующим образом:
1. Составляем характеристическое уравнение
.
2. Находим корни характеристического уравнения
.
3. По характеру корней выписываем частные линейно независимые решения,
руководствуясь тем, что:
а) каждому действительному однократному корню k соответствует
частное решение e kx ;
б) каждому действительному корню k кратности r
соответствуют r линейно независимых частных решений
;
в) каждой паре комплексных сопряженных корней
и
соответствуют два частных решения
и
;
г) каждой паре комплексных сопряженных корней
и
кратности t
соответствуют 2t частных решений:
и
.
Этих частных решений будет столько, какова степень характеристического
уравнения, т.е. столько, каков порядок данного уравнения.
4.Зная n линейно независимых частных решений
, записываем общее решение
заданного уравнения:
, где
- произвольные постоянные.
Пример
Найти общее решение уравнения
.
Характеристическое уравнение
имеет корни
. Общее решение запишется:
.
Замечание
Функции
называются линейно зависимыми в некотором интервале, если
существуют такие одновременно не равные нулю постоянные
, что
во всех точках
рассматриваемого интервала. Если таких постоянных не существует, то
функции называются линейно независимыми .
Для двух функций это определение эквивалентно принятому ранее.