二階線性方程:非齊次
外力函數(forcing function)
把方程想成一個被外部作用的系統。外力函數就是那個外部作用:右邊那一項,完全不涉及未知函數 y 或它的導數。在機械模型中它是外加的力;在電路中它是外加電壓;在熱模型中它是供給的熱。
在標準形式 y'' + p(x) y' + q(x) y = g(x) 中,外力函數就是 g(x)。左邊的一切描述系統自身的動態;右邊的 g(x) 是輸入。當 g(x) = 0 時方程是齊次的,系統只是自行運轉(自由響應);當 g(x) 非零時系統被驅動,而 g(x) 的形狀決定哪個求解方法方便——多項式、指數或正弦的 g 邀請待定係數法,較奇特的 g 則把你送往參數變易法。
外力函數是整齊的課堂方程與真實輸入訊號之間的橋樑。工程師常把它稱為輸入,把所得的 y 稱為輸出,核心問題就變成給定輸入如何產生其輸出。有一點要分清:g 是僅僅關於自變數的已知、給定函數——它不能含有 y、y' 或 y'';若含有,你就不再有此意義下的簡單受迫線性方程。
在受驅振子 m y'' + c y' + k y = F0 cos(wt) 中,外力函數為 g(t) = F0 cos(wt)——外加的週期性力。令 F0 = 0,同一方程就描述自由(無外力)振動。
外力函數是右邊的輸入,不含 y 及其導數。
外力函數只依賴自變數;若右邊某項偷偷含有 y(比如被移過去的 y^2 或 y' 項),方程就不再是線性受迫的,這些方法也不適用。
又稱
另見