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关于高阶线性微分方程的一般解法.doc

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关于高阶线性微分方程的一般解法 林文业 湛江公路工程大队 邮编:52400 电话0668-8322239 (本文曾于2000年在《湛江师范学报.增刊》发表) 摘要: 对于一般的高阶线性微分方程,本文建立起其解法基本理论,并在此基础上求出了它的通解,从而肯定了一般高阶线性微分方程在它的定义域上可解,并具有解的一般形式. 关键词: 高阶线性微分方程; 解法定理; 一般解法 简单规定 本文所考虑的数都是实数, 所考虑的函数都是实函数,m、n、k为自然数.在不改变多重积分函数性质的情况下,作出如下简记: n重 n重 以下“…”号均表示n重 二.预备定理及推论 预备定理1: 若函数与在区间上连续,且对任意,都有,则 预备定理2: 若函数在区间上可积,则函数在上也可积,且 预备定理3: 若函数与在区间上连续,且,,则 推论: 若,,则 证明: 当,或时,不等式显然是成立的.现在考虑,的情形. 当时, 即 (2.1) 当时,由预备定理1同理得 (2.2) 一般地假设当时,有 (2.3) 由预备定理1同理得 (2.4) 由开始考虑的情况及(2.1) 、(2.2) 、(2.3)、 (2.4),根据数学归纳法,得对一切n为自然数都有 证毕 解法基本定理 定理1: 若函数在区间上连续,且在上有连续的n-1阶导数,那么函数项级数 (3.1) (3.2) 分别在区间、上一致收敛. 证明: 首先证明(3.1).由于在区间上连续,所以 (3.3) 又由于在上有连续的n-1阶导数, 所以 (3.4) 假设且,则 (3.5) 由预备定理3及(3.3),得 由预备定理2,得 由(3.5),得 由推论,得 (3.6) 由于在上有连续的n阶导数,因而下面等式成立 由预备定理3及(3.3),得 由预备定理2,得 由(3.6),得 由推论,得 由于, 所以, 因而 (3.7) 一般地假设在上有连续的n阶导数,且 (3.8) 那么同理可得 (3.9) 由(3.6)、(3.7)、(3.8)、(3.9),根据数学归纳法,得对一切m为自然数都有 显然函数项级数 为正项级数。 由于, 所以上式又为正项收敛级数。由〈维尔斯特拉斯(Weierstrass)判别法〉,可知函数项级数 ()在上一致收敛,当时,在上一致收敛。对于函数项级数 () 只要在上述证明中,把和互换,并考虑到,就可以逐字逐句地重复上述证明,同样可得级数(3.2)在上一致收敛,当时,在上一致收敛。因而定理1得证。 定理2: 若函数在区间上连续, 、、…、在上线性无关,且在上都有连续的n-1阶导数,那么下列函数 … … 在上线性无关,当时,在上线性无关。 证明: 由于、、…、在上线性无关, 所以 又由于 ………………………………………………………………………………………… 所以 因而、、…、在上线性无关。原定理得证。 四. 一般解法 对一般的n阶线性微分方程 (4.1) 其中及在上连续。 先考虑对应的n阶齐次线性情形。 (4.2) 把(4.2)写成积分形式 并由此建立起积分项迭代格式 (4.3) 考虑一个级数
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