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浙江省2002年4月高等教育自学考试
常微分方程试题
课程代码:10002
一、填空题(每小题3分,共39分)
1.常微分方程中的自变量个数是________.
2.路程函数S(t)的加速度是常数a,则此路程函数S(t)的一般形式是________.
3.微分方程=g()中g(u)为u的连续函数,作变量变换________,方程可化为变量分离方程.
4.微分方程F(x,y′)=0中令P=y′,若x、P平面上的曲线F(x,P)=0的参数形式为x=(t),P=ψ(t),t为参数,则方程参数形式的通解为________.
5.方程=(x+1)3的通解为________.
6.如果函数f(x,y)连续,y=(x)是方程=f(x,y)的定义于区间x0≤x≤x0+h上,满足初始条件(x0)=y0的解.则y=(x)是积分方程________定义于x0≤x≤x0+h上的连续解.
7.方程=x2+xy,满足初始条件y(0)=0的第二次近似解是________.
8.方程+a1(t)+…+an-1(t)+an(t)x=0
中ai(t)i=1,2,…,n是〔a,b〕上的连续函数,又x1(t),x2(t),…,xn(t)为方程n个线性无关的解,则其伏朗斯基行列式W(t)应具有的性质是:________.
9.常系数线性方程x(4)(t)-2x″(t)+x(t)=0的通解为________.
10.设A(t)是区间a≤t≤b上的连续n×n矩阵,x1(t),x2(t),…,xn(t)是方程组x′=A(t)x的n个线性无关的解向量.则方程组的任一解向量x(t)均可表示为:x(t)=________的形式.
11.初值问题(t)+2x″(t)-tx′(t)+3x(t)=e-t,x(1)=1,x′(1)=2,x″(1)=3可化为与之等价的一阶方程组________.
12.如果A是3×3的常数矩阵,-2为A的三重特征值,则方程组x′=Ax的基解矩阵expAt=________.
13.方程组
的奇点类型是________.
二、计算题(共45分)
1.(6分)解方程
2.(6分)解方程
x″(t)+=0.
3.(6分)解方程
(y-1-xy)dx+xdy=0.
4.(6分)解方程
5.(7分)求方程:
S″(t)-S(t)=t+1
满足S(0)=1,(0)=2的解.
6.(7分)求方程组
的基解矩阵Φ(t).
7.(7分)验证方程:
有奇点x1=1,x2=0,并讨论相应驻定方程的解的稳定性.
三、证明题(每小题8分,共16分)
1.设f(x,y)及连续,试证方程
dy-f(x,y)dx=0
为线性方程的充要条件是它有仅依赖于x的积分因子.
2.函数f(x)定义于-∞<x<+∞,且满足条件|f(x1)-f(x2)|≤N|x1-x2|,其中0<N<1,证明方程
x=f(x)
存在唯一的一个解.
浙江省2002年4月高等教育自学考试
常微分方程试题参考答案
课程代码:10002
一、填空题(每小题3分,共39分)
2.2+c1t+c2
4.c为任意常数
5.y=(x+1)4+c(x+1)2
6.y=y0+
7.(x)=
8.对任意t
9.x(t)=c1et+c2tet+c3e-t+c4te-t
10.x(t)=c1x1(t)+c2x2(t)+cnxn(t)
11.x1(1)=1,x2(1)=2,x3(1)=3
12.expAt=e-2t[E+t(A+2E)+]
13.焦点
二、计算题
1.解:将方程分离变量为
等式两边积分得
y-ln|1+y|=ln|x|-
即y=ln或ey=
2.解:令则得
arccosy=t+c1
y=cos(t+c1)即
则x=sin(t+c1)+c2
3.解:这里M=y-1-xy,N=x
令u=xye-x
u关于x求偏导数得
与Me-x=ye-x-e-x-xye-x相比有
u=xye-x+e-x
方程的解为xye-x+e-x=c
4.解:方程改写为
这是伯努利方程,令
z=y1-2=y-1代入方程
解方程z=
5.特征方程为
对应齐线性方程的通解为s(t)=c1et+c2e-t
f(t)=t+1,不是特征方程的根
从而方程有特解=,代入方程得
-(At+B)=t+1
两边比较同次幂系数得
A=B=-1
故通解为S(t)=c1et+c2e-t-(t+1)
据初始条件得
因此所求解为:S(t)=
6.解:系数矩阵A=
则,而det
特征方程det()=0,有特征根
因此基解矩阵
7.解:因故x1=1,x2=0是方程组奇点
令X1=x1-1,X2=x2,即x1=X1+1,x2=X2代入原方程,得
这里R(X)=,显然
方程组*中,线性部分矩阵
det(A-)=
由det(A-)=0得
可见相应驻定解渐近稳定
三、证明题
1.证明:若dy-f(x,y)dx=0为线性方程
则f(x,y)=
因此仅有依赖于x的积分因子
反之,若仅有依赖于x的积分因子。
这里M=-f(x,y),N=1
方程为这是线性方程.
2.证明:由条件|f(x1)-f(x2)|N|x1-x2|,易知,f(x)为连续函数,
任取x0作逐步点列
xn+1=f(xn)n=0,1,
考虑级数x0+
由归纳法知对任意k,|xk-xk-1|
故级数x0+收敛
即序列{xn}收敛,设
对xn+1=f(xn),两边求极限,注意f(x)连续,故x*=f(x*)
即x*是方程x=f(x)的解
又设是方程x=f(x)的任一解,则
因N<1,必有x*=
因此解是唯一的
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