若微分方程的任一解都使反常积分收敛,则的取值范围为( )。
- A
- B
- C正确答案
- D
C
(1)特征方程为 ,判别式为 。“任一解”的反常积分均收敛,等价于每个基本解的反常积分均收敛。
若实根为 ,基本解 的积分收敛当且仅当 ; 时是常数解, 时指数增长,积分均发散。若为重根,还需考虑 ,在 时它也绝对可积,且积分为 。
若为共轭根 (取 ),基本解为 、。 时绝对值不超过 ,由比较判别法均绝对可积。 时,余弦的截断积分为 ,无极限。 时则有
沿 与 ,该式分别趋于正、负无穷,故发散。这里必须检查积分极限,不能仅凭被积函数无界就断言反常积分发散。
因此所求条件恰为两个特征根的实部均为负。
(2)实系数二次方程的两根实部均为负,当且仅当根的和为负、积为正:实根时这保证两根同为负数;复根时和为实部的两倍,积为模的平方。由韦达定理,条件成为 且 ,解得 ,选 C。
(3)分情况核对: 时有两个负实根; 时为二重负根 ,基本解 均可积; 时复根的实部为 。端点 有零根及常值解 ,积分发散; 有解 ,积分发散,所以两端均不能取。
当 时根的积为负,必有正根;当 时根的和为正,不可能两根实部均负。因此范围没有遗漏。
(4)A 漏掉 ,如 时特征根为 ,积分仍收敛。B、D 均含 ,此时正根 对应的指数解积分发散,故不能选。