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微分方程 受迫振动(微分方程受迫振动)

   日期:2024-05-19     浏览:42    评论:0    
核心提示:如果在弹簧振子上再加一个外力,运动方程就是: 这是一个非齐次方程,也就是说它的右边是有东西的。非齐次方程的困难之处就在于,没有一 用通用的方法来猜解,需要根据方程右边的东西看着办。 通过物理实

如果在弹簧振子上再加一个外力,运动方程就是:

微分方程 受迫振动(微分方程受迫振动)(1)

这是一个非齐次方程,也就是说它的右边是有东西的。非齐次方程的困难之处就在于,没有一 用通用的方法来猜解,需要根据方程右边的东西看着办。

通过物理实验我们已经知道,受迫振动的频率与外力相同,那么可以猜x=Asin ωt Bcos ωt,A,B都是实常量。代入方程得到:

微分方程 受迫振动(微分方程受迫振动)(2)

解得:

微分方程 受迫振动(微分方程受迫振动)(3)

微分方程 受迫振动(微分方程受迫振动)(4)

微分方程 受迫振动(微分方程受迫振动)(5)

根号里是ω的二次函数,ω略小于时,振幅最大。相位的变化比较复杂,有 (mei) 兴 (shi) 趣 (gan)的同学可以画个图。

但是!我们怎么把常量A和B解出来了?这里的A和B并不是待定常量,我们解出的只是 一个特解,而不是通解。但是我们发现,如果是非齐次方程的解,而是对应的齐次方程的解,那么是这个非齐次方程的解。

所以把阻尼振动的通解加上去就是受迫振动的通解。阻尼振动的解会指数衰减,所以经过足够 长的时间之后就只剩下受迫振动的特解。

【练习】解方程:

微分方程 受迫振动(微分方程受迫振动)(6)

想一想应该猜什么样的解。

解方程:

微分方程 受迫振动(微分方程受迫振动)(7)

真的要从头开始解一遍吗?

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