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特徵根法

特徵根法是數學中解常係數線性微分方程或線性差分方程(即數列的遞推公式)的一種通用方法。其基本思想是通過求解特徵方程來找到問題的解。特徵方程是一種特殊的方程,用於確定線性微分方程或差分方程的解的形式。

特徵根法的套用步驟如下:

寫出特徵根方程:對於微分方程,這通常是設定特徵方程 ( a\lambda^2 + b\lambda + c = 0 );對於差分方程,特徵方程則變為 ( \lambda^2 - p\lambda - q = 0 )。

解特徵方程得根:解這個方程得到根 ( r_1 ) 和 ( r_2 )。

根據根的類型確定解的形式:

若特徵方程有兩個不等實根 ( r_1 ) 和 ( r_2 ),則通解形式為 ( y = c_1r_1^n + c_2r_2^n ),其中 ( c_1 ) 和 ( c_2 ) 是由初始條件確定的常數。

若特徵方程有兩個相等實根 ( r ),則通解形式為 ( y = (c_1 + c_2 n)r^n ),其中 ( c_1 ) 和 ( c_2 ) 是由初始條件確定的常數。

若特徵方程有一對共軛復根 ( a \pm bi ),則通解形式為 ( y = (c_1\cos(n\theta) + c_2\sin(n\theta))(\alpha^n) ),其中 ( \theta ) 是復角的一半,( c_1 ) 和 ( c_2 ) 是由初始條件確定的常數。

特徵根法的套用範圍廣泛,不僅限於解微分方程,還可以用於求線性差分方程的通項公式。例如,斐波那契數列就是一個典型的例子,其遞推關係可以通過特徵根法求解得到通項公式。