王高雄版《常微分方程》习题解答5.2
8页1、习题5.20241202 02412031.试验证=是方程组x=x,x=,在任何不包含原点的区间a上的基解矩阵。解:令的第一列为(t)=,这时(t)=(t)故(t)是一个解。同样如果以(t)表示第二列,我们有(t)= (t)这样(t)也是一个解。因此是解矩阵。又因为det=-t故是基解矩阵。2.考虑方程组x=A(t)x (5.15)其中A(t)是区间a上的连续nn矩阵,它的元素为a(t),i ,j=1,2,na) 如果x(t),x(t),x(t)是(5.15)的任意n个解,那么它们的伏朗斯基行列式Wx(t),x(t),x(t)W(t)满足下面的一阶线性微分方程W=a(t)+a(t)+a(t)Wb) 解上面的一阶线性微分方程,证明下面公式:W(t)=W(t)e t,ta,b解:w(t)=+=+=+整理后原式变为(a+a)=(a+a)w(t)=(a(t)+a(t))w(t)b)由于w(t)= a(t)+a(t) w(t),即= a(t)+a(t)dt两边从t到t积分ln-ln=即w(t)=w(t)e,ta,b3.设A(t)为区间a上的连续nn实矩阵,为方程x=A(t)x的基解矩阵,而x=(
2、t)为其一解,试证:a) 对于方程y=-A(t)y的任一解y=(t)必有(t) (t)=常数;b)(t)为方程y=-A(t)y的基解矩阵的充要条件是存在非奇异的常数矩阵C,使(t) (t)=C.解a) (t) (t)= (t)+ (t)= (t)+ (t)A(t)又因为=-A(t) (t),所以=-(t) A(t) (t) (t)=- (t) (t)A(t)+ (t) A(t) (t)=0,所以对于方程y=-A(t)y的任一解y=(t)必有(t) (t)=常数b) “”假设为方程y=-A(t)y的基解矩阵,则 (t) (t)=(t)+(t) (t)=- A(t) (t)+ (t) A(t) )+ (t) A(t) (t)=- (t) A(t) +(t) A(t) =0,故(t) (t)=C“”若存在非奇异常数矩阵C,detc0,使(t) (t)=C,则 (t) (t)=(t)+ (t)=0,故(t)(t)=-(t) (t)A(t)(t)=- (t) A(t) 所以(t)=- (t) A(t),(t)=- (t) A(t)即(t)为方程y=-A(t)y的基解矩阵4.设为方程x=Ax(A为
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