在考研数学中,微分方程的物理应用真题往往涉及振动、波动、流体力学等领域。以下是一道经典真题示例:
题目:一个弹簧振子,其质量为m,弹簧的劲度系数为k,受到一个周期性外力F(t)的作用,F(t) = F0cos(ωt)。求振子的运动方程及位移表达式。
解答思路:
1. 根据牛顿第二定律,列出振子的运动方程:
m*x'' + k*x = F0*cos(ωt)
2. 对方程进行求解,得到振子的位移表达式:
x(t) = A*cos(ωt) + B*sin(ωt) + C*cos(ω*t - φ)
其中,A、B、C、φ为待定系数,需要通过初始条件求解。
3. 根据初始条件,假设t=0时,振子位于平衡位置,速度为v0,即x(0) = 0,x'(0) = v0。
4. 将初始条件代入位移表达式,得到以下方程组:
A + C = 0
B - ω*C = v0
5. 解方程组,得到待定系数A、B、C、φ的值。
6. 将待定系数代入位移表达式,得到振子的运动方程。
通过以上步骤,可以求解出振子的运动方程及位移表达式,从而分析振子的振动特性。
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