二階線性方程:齊次

基本解組(fundamental set of solutions)

若解空間是一個由函數構成的二維「平面」,那麼基本解組就是它的一組好坐標軸,兩個無關的解,透過混合便能抵達其他每一個解。它是微分方程版本的向量空間基底:一個能生成全體的最小工具包。

y'' + p y' + q y = 0 在某區間上的一組基本解,是一對在該區間上線性無關的解 {y1, y2}。檢驗用朗斯基行列式:{y1, y2} 是基本解組,恰好當 W(y1, y2) 在區間某處不為零時。有了這樣一組,通解便是 y = c1 y1 + c2 y2,而這一條公式囊括每一個解:對任意初始資料 y(x0) = A、y'(x0) = B,恰有一組 c1、c2 符合,因為非零的朗斯基行列式保證了求 c1、c2 的那個 2 乘 2 方程組唯一可解。所以「基本解組」與「通解」是同一件事的兩個面相。

你對線性方程所做的幾乎一切,其實都是在搜尋一組基本解。特徵方程法為常係數方程造出一組;當你已有其一時,降階法造出第二個成員;級數法在常點附近造出它們。基本解組並不唯一,對 y'' + y = 0,{sin x, cos x} 與 {e^(ix), e^(-ix)} 都行,但任意兩組有效的解組都張成同一個二維空間,因此它們以不同的坐標描述同樣的解。

對 y'' - 5 y' + 6 y = 0,特徵根為 2 與 3,所以 {e^(2x), e^(3x)} 是一組基本解(朗斯基行列式 = e^(5x) ≠ 0)。通解為 y = c1 e^(2x) + c2 e^(3x),而任一組初始值 y(0)、y'(0) 唯一地決定 c1、c2。

兩個由非零朗斯基行列式證實的無關解,便打包出整個通解。

二階方程恰需兩個成員,不能更少(會漏掉解),也不能更多(第三個會是多餘的,是前兩個的組合)。成員數等於方程的階數。

又称
basis of solutionsfundamental system基本解系