问答题(2004年北京大学

考虑方程x''+k2 x=f(t),其中k为常数,函数f(t)于0≤t<+∞上连续。

(1)当k≠0时求上述方程满足初始条件x(0)=1,x' (0)=-1的解。

(2)证明当k=0时上述方程的通解可表示为

x=c1+c2 t+(t-s)f(s)ds 

其中c1,c2为任意常数。

答案解析

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讨论

求解微分方程组的初值问题

给定方程x''+8x'+7x=f(t),其中f(t)在(-∞,+∞)上连续。如果f(t)=0,则上述方程的每一个解当t→+∞时都趋于零。

考虑线性方程组dx/dt=A(t)x+f(t) (1)其中A(t),f(t)以ω为周期,A(t)为n×n的矩阵函数,f(t)为n维向量函数。设x1 (t),x2 (t),…,xn (t)是对应齐次方程组dx/dt=A(t)x (2)的基本解组,满足初始条件:x1 (0)=,x2 (0)=,…,xn (0)= 证明:1.设x=φ(t)是(1)的解,则x=φ(t)是(1)的以ω为周期的周期解的充要条件是φ(0)=φ(ω)。2.对于任何连续的周期函数f(t),f(t)=f(t+ω),方程组(1)有惟一的周期解(周期为ω)的充要条件是矩阵X(ω)=[x1 (ω)…xn (ω)]没有等于1的特征根。

北京大学齐次微分方程

证明:任一可逆的实矩阵A可以表示成A=QB,其中Q为正交矩阵,B是主对角线上元素均为正的三角形矩阵:B=,bii>0,且此表示式是惟一的。

设A=(aij)n×n,且行列式≠0,1≤k≤n.证明存在下三角形矩阵Bn×n,使BA为上三角形矩阵。

设A为m×n且秩为s的矩阵,X为p×m的列满秩矩阵,即r(X)=m,而Y为n×q的行满秩矩阵,即r(Y)=n。证明:r(A)=r(XA)=r(AY)=r(XAY)其中符号r(T)表示矩阵T的秩。

设A为数域P上的一个n级矩阵,如果f(A)=0,则称f(x)以A为根。次数最低首项为1的以A为根的多项式称为A的最小多项式,证明矩阵A的最小多项式是惟一的。

设S1,S3为实对称矩阵,S2为实矩阵,则矩阵S=为正定矩阵的充要条件为矩阵S3与矩阵S1-S2 S3-1 S2'皆为正定矩阵。

设A是n级实对称矩阵,证明rank(A)=n的充要条件是:存在实对称矩阵B使AB+B'A是正定矩阵。

设函数y=f(x)是微分方程2xy'-4y=2lnx-1满足条件y(1)=1/4的解,求曲线y=y(x)(1≤x≤e)的弧长.

微分方程y''' - y = 0的通解y=_____________________.

设函数y=y(x)的微分方程xy' - 6y = -6,满足y()=10,(1) 求y(x);(2) P为曲线y=y(x)上的一点,曲线y=y(x)在点P的法线在y轴上的截距为Iy,为使Iy最小,求P的坐标.

差分方程△yt = t的通解为____________________.

对于R上的连续且绝对可积的复数值函数f(x),定义R上的函数(Sf)(x):(Sf)(x)=e2πiux f(u)du.(i)问答题(10分) 求S(1/(1+x2))和S(1/(1+x2)2 )的显示表达式。(ii)问答题(15分)对任意整数k,记fk(x)=(1+x2)-1-k.假设k≥1,找到常数c1,c2使得函数y=(Sfk)(x)满足二阶常微分方程xy''+c1y'+c2xy=0.

从船上向海中沉放某种探测仪器,按探测要求,需确定仪器的下沉深度y(从海平面算起)与下沉速度v之间的函数关系.设仪器在重力作用下,从海平面由静止开始铅直下沉,在下沉过程中还受到阻力和浮力的作用.设仪器的质量为m,体积为B,海水比重为ρ,仪器所受的阻力与下沉速度成正比,比例系数为k(k>0).试建立y与v所满足的微分方程,并求出函数关系式 y= y(v).

欧拉方程x2y″ + xy' - 4y = 0满足条件y(1) = 1,y'(1) = 2得解为y = ______.

若f(x):(0,π)→R连续,f(x)>0,f(π/2)=1,且对于任意的x∈(0,π)满足dt/(f2(t))=-cosx/(f(x)),求f(x)的表达式.

设物体A从点(0,1)出发,以速度大小为常数v沿y轴正向运动,物体B从点(-1,0)与A同时出发,其速度大小为2v,方向始终指向A,试建立物体B的运动轨迹所满足的微分方程,并写出初始条件.

求微分方程xlnxdy+(y-lnx)dx=0满足条件y|x=e=1的特解.