二階線性方程:非齊次

餘解(complementary solution)

假設你在研究一個受驅動的電路。即使還沒考慮驅動電壓,電路本身就有自己的自由行為——你輕推它一下再退開後,它會如何振鈴或衰減。餘解正是那個自由行為,打包成「把外力關掉」的方程的通解。

給定 y'' + p(x) y' + q(x) y = g(x),先暫時忽略 g,解相伴的齊次方程 y'' + p(x) y' + q(x) y = 0。因為這個方程是二階線性的,它的解構成一個二維空間,所以餘解為 y_c = c1 y1 + c2 y2,其中 y1 與 y2 是兩個線性獨立的解(一組基本解系),而 c1、c2 為任意常數。對常係數情形,你由特徵方程的根得到 y1、y2;一般情形則由任何能解齊次問題的方法得出。

餘解攜帶整個問題的兩個任意常數,所以它正是你用來滿足初始條件而調整的部分。它也有物理意義:在系統穩定時,它通常就是暫態(transient)——隨著 x 增大而消失的部分——留下受迫的特解作為持久的響應。

對 y'' - y' - 2y = e^(3x),齊次方程 y'' - y' - 2y = 0 的特徵根為 2 與 -1,所以餘解為 y_c = c1 e^(2x) + c2 e^(-x)。

餘解就是齊次通解,攜帶兩個自由常數。

要用完整解 y_c + y_p 來配初始條件,而不是只用 y_c——常見陷阱是在加上特解之前就解出常數,那會得到錯誤的常數。

又称
complementary functionhomogeneous solutiony_c齊次解餘函數