線形微分方程式の解の集合はなぜ関数のベクトル空間になり、その次元が方程式の階数に等しくなるのでしょうか。
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線形微分方程式の解空間
ベクトル空間としての y′′+y=0y'' + y = 0y′′+y=0 の解
cosx\cos xcosx と sinx\sin xsinx が方程式を満たすことを確かめ、解の和や定数倍がまた解になることを示し、一般解 y=c1cosx+c2sinxy = c_1 \cos x + c_2 \sin xy=c1cosx+c2sinx を書きましょう。
方程式の階数に等しい次元
nnn 階の線形方程式の解空間の次元は nnn であることを述べ、この例では任意定数が 2 個で dim=2\dim = 2dim=2 に一致することを書きましょう。
同じ解空間の別の基底
基底 {cosx,sinx}\{\cos x, \sin x\}{cosx,sinx} と {eix,e−ix}\{e^{ix}, e^{-ix}\}{eix,e−ix} を比べ、cosx\cos xcosx と sinx\sin xsinx を 2 つの指数関数の一次結合として書きましょう。