Рассмотрим сначала уравнение второго порядка
1) Пусть правая часть представляет собой квазиполином .
Ищем частное решение в виде . Здесь - полином n-ой степени, - полином, степень которого надо определить.
, .
а) Если - не корень характеристического уравнения, то , и многочлен надо выбирать той же степени, что и , т.е. степени n.
б) Если - простой корень характеристического уравнения, то . В этом случае многочлен надо выбирать той же степени, что и , т.е. степени n. Тогда степень многочлена надо выбирать равной n+1. Однако при дифференцировании производная свободного члена (постоянной) равна нулю, поэтому можно выбирать в виде = .
в) Если - кратный корень характеристического уравнения, то . В этом случае многочлен надо выбирать той же степени, что и , т.е. степени n. Тогда степень многочлена надо выбирать равной n+2. Однако при двукратном дифференцировании производная не только свободного члена равна нулю, но и производная линейного члена равна нулю. Поэтому можно выбирать в виде = .
Пример.
,
, - не корень характеристического уравнения, поэтому частное решение надо искать в том же виде, что и правая часть, . Подставляем в неоднородное уравнение с правой частью .
.
. Корень содержится один раз среди корней характеристического уравнения, поэтому частное решение ищется в виде .
Подставляем в неоднородное уравнение с правой частью .
.
Суммируя оба частных решения, получаем частное решение неоднородного уравнения для исходной правой части:
.
Общее решение неоднородного уравнения будет
.
2) Правая часть имеет вид
1) Если не корни характеристического уравнения, то частное решение ищется в том виде, в котором задана правая часть:
,
где - полиномы степени m – максимальной из степеней полиномов .
б) Если - пара корней характеристического уравнения, то частное решение ищется в виде
,
Пример.
Пара корней = - пара корней характеристического уравнения.
Подставляем в неоднородное уравнение, получаем
, откуда
,
Рассмотрим неоднородное уравнение n-го порядка, покажем, как в нем применять метод подбора формы частного решения.
Здесь ситуация сложнее, так как в характеристическом уравнении n корней, действительные корни и комплексно сопряженные, простые и кратные корни.
- Пусть правая часть неоднородного уравнения имеет вид
1) Если не является корнем характеристического уравнения, то частное решение неоднородного уравнения ищется в том же виде, что и правая часть .
2) Если - корень характеристического уравнения r-ой кратно сти, то частное решение неоднородного уравнения ищется в виде .
- Пусть правая часть неоднородного уравнения имеет вид
а) Если пара комплексно сопряженных корней не является корнями характеристического уравнения, то частное решение неоднородного уравнения ищется в том же виде, что и правая часть
, где степень m многочленов – максимальная из степеней многочленов .
1) Если пара комплексно сопряженных корней является корнями характеристического уравнения r-ой кратности, то частное решение неоднородного уравнения ищется в виде
.
Пример.
,
.
. содержится в корнях характеристического уравнения 2 раза, поэтому . Подставляя это частное решение в неоднородное уравнение с правой частью , получим
. Корни не содержатся в корнях характеристического уравнения, поэтому . Подставляя это частное решение в неоднородное уравнение с правой частью , получим .
. .
+ .
Пример.
.
содержится в корнях характеристического уравнения 3 раза, поэтому .
. Корни (пара корней) содержатся в корнях характеристического уравнения один раз, поэтому . Неопределенные коэффициенты определяются, как и выше, подстановкой в уравнение и сравнением коэффициентов при одинаковых степенях x, при sinx, cosx, xsinx, xcosx.