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2013年考研数学(二)考试试题 - 第13题回答
高等数学
发布于2025年9月8日 09:45
阅读数 57

xe^2x


评分及理由

(1)得分及理由(满分4分)

学生答案为“xe^2x”,即 \( y = x e^{2x} \)。

分析:题目给出三个解 \( y_1 = e^{3x} - x e^{2x} \)、\( y_2 = e^{x} - x e^{2x} \)、\( y_3 = -x e^{2x} \) 是某二阶常系数非齐次线性微分方程的解。首先,利用线性微分方程解的结构,齐次方程的通解可由这些解的组合得到。注意 \( y_1 - y_3 = e^{3x} \),\( y_2 - y_3 = e^{x} \) 都是齐次方程的解,因此齐次方程的通解为 \( C_1 e^{3x} + C_2 e^{x} \)。非齐次方程的特解可以是 \( y_3 = -x e^{2x} \) 或类似形式(因为非齐次方程的特解加上齐次通解仍是解)。

原方程满足初始条件 \( y(0) = 0 \),\( y'(0) = 1 \)。设非齐次方程的通解为 \( y = C_1 e^{3x} + C_2 e^{x} - x e^{2x} \)(这里取特解为 \( -x e^{2x} \),但注意 \( y_3 \) 是解,但通解形式需包含齐次部分)。代入初始条件:

\( y(0) = C_1 + C_2 = 0 \)

\( y' = 3C_1 e^{3x} + C_2 e^{x} - e^{2x} - 2x e^{2x} \),所以 \( y'(0) = 3C_1 + C_2 - 1 = 1 \)

解得 \( C_1 = 1 \),\( C_2 = -1 \),因此特解为 \( y = e^{3x} - e^{x} - x e^{2x} \)。

学生答案 \( y = x e^{2x} \) 不满足初始条件:\( y(0) = 0 \) 但 \( y'(0) = e^{2x} + 2x e^{2x} \bigg|_{x=0} = 1 \),虽然导数条件满足,但函数本身不是微分方程的解(因为齐次部分缺失)。实际上,学生答案忽略了齐次部分,且与标准解结构不符。

因此,学生答案错误,得0分。

题目总分:0分

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