# 17.3 受迫振荡
> 原文: [http://math.mit.edu/~djk/calculus_beginners/chapter17/section03.html](http://math.mit.edu/~djk/calculus_beginners/chapter17/section03.html)
当弹簧上的物体受到外力时,即某种函数,![](https://img.kancloud.cn/e4/40/e440a560426f65dffb3508ae270ca7ff_28x18.gif),我们一直在考虑的模型
![](https://img.kancloud.cn/15/8f/158f5134e199da71f49b14fa4d839f1d_295x18.gif)
强迫可以是任何形式。我们通过查看对任何给定频率的正弦强制响应来处理。我们这样做的原因有三个。
首先,我们可以求解得到的方程,并且解决方案具有本身有趣的属性。
其次,在许多其他环境中出现了相同的方程,例如在电路的研究中,这些特性非常重要。
第三,解决方案可用于解决一般问题。任何刺激都可以写成正弦函数的和或积分,然后这些解可以用来获得描述解的相应和或积分。
然后我们的模型由等式描述
![](https://img.kancloud.cn/0b/74/0b74663e18e89aace750504b35638490_311x17.gif)
给定这个方程的任何解,我们可以用![](https://img.kancloud.cn/fb/02/fb0294de83ba79f08ad4634c597b108c_9x12.gif)作为右边的术语来添加任何方程式,我们仍然会有一个解决方案。正如我们在上一节中看到的那样,只要![](https://img.kancloud.cn/18/8e/188ee644e8202aad30eac11166858841_10x16.gif)非零,这种解决方案就会在![](https://img.kancloud.cn/64/9c/649cbb0dc497a73d3cb2a543eaaf7933_6x12.gif)中呈指数衰减。由于这种衰减,“均匀”方程(右侧为零)的解被称为瞬态解。因此,我们将注意力集中在稳态解决方案上,这种解决方案会持续存在,因为强制函数仍然存在。
这些解决方案将具有与强制函数相同的频率和周期性,因此我们查看![](https://img.kancloud.cn/2f/21/2f215749bd7e4f308e58eda71e0f1e31_145x14.gif)形式的解决方案。我们发现
![](https://img.kancloud.cn/2b/a9/2ba9ad9d05b91a11e6203b32a6cd66a8_533x20.gif)
从这些我们推断出这里的两个系数都必须消失,这告诉我们:
![](https://img.kancloud.cn/70/a5/70a51b95f7f593b992ac847de9e4297a_107x37.gif)
和
![](https://img.kancloud.cn/18/66/18660be3990b6d3ca1d0177cf847d387_127x24.gif)
导致
![](https://img.kancloud.cn/d6/16/d616d1b02386bedb701b1eaf5248e45b_195x45.gif)
and
![](https://img.kancloud.cn/90/4b/904ba9bd3d3d7d2384e860e976694905_194x41.gif)
对强迫的响应幅度为![](https://img.kancloud.cn/db/07/db07af7c063cd5d26ba1f331e21c0a40_86x23.gif)而变为
![](https://img.kancloud.cn/7f/fa/7ffa30cbcfb7c8a25e7d4e48f276ef08_154x41.gif)
非强制和无阻尼弹簧具有![](https://img.kancloud.cn/8d/a0/8da0c45ee325769663911fc1eda3c64c_61x38.gif)给出的“固有频率”![](https://img.kancloud.cn/6f/03/6f03fc247c891e50836b87085689553a_17x11.gif)。刚才描述的幅度可以用ω <sub>0</sub> 表示为
![](https://img.kancloud.cn/9c/7b/9c7b2df87134dde368e466cb5091d868_163x41.gif)
当![](https://img.kancloud.cn/18/8e/188ee644e8202aad30eac11166858841_10x16.gif)与![](https://img.kancloud.cn/e7/7e/e77e1905584d83cf5a3dc7079bef474f_16x8.gif)相比相当小时,该反应表现出称为**共振**的现象。也就是说,当![](https://img.kancloud.cn/82/90/8290eb51c7b0dc81dafab849c4db1bb6_59x21.gif)非常小,并且![](https://img.kancloud.cn/70/65/70658c8f1e6336ee90dd2a308c01775e_17x20.gif)与![](https://img.kancloud.cn/e7/7e/e77e1905584d83cf5a3dc7079bef474f_16x8.gif)相比较小时,分母变得非常小并且响应变得非常大。
- 第 0 章:为何学习微积分?
- 0.1 你应该知道什么
- 0.2 什么是微积分?我们为什么要研究它?
- 第 1 章:数字
- 1.1 什么是数字?有理数
- 1.2 小数和实数
- 1.3 复数
- 复数运算
- 1.4 可数集(消遣)
- 第 2 章:使用电子表格
- 2.1 什么是电子表格?
- 2.2 斐波纳契数
- 2.3 帕斯卡的三角形
- 2.4 与电子表格集成
- 第 3 章:线性函数
- 3.1 什么是函数?
- 3.2 线性函数
- 3.3 线性
- 第四章:函数的二次型和导数
- 4.1 更复杂的函数
- 4.2 二次函数的斜率
- 第 5 章:有理函数和导数的计算
- 5.1 有理函数的导数
- 第 6 章:指数函数,替换和链规则
- 6.1 最有用函数的导数
- 第 7 章:三角函数及其导数
- 7.1 二维数学
- 7.2 三角学和导数以及加法定理
- 第 8 章:反函数及其导函数
- 8.1 反函数
- 8.2 微分反函数
- 8.3 更多规则
- 第 9 章:数值微分和不可微函数
- 9.1 数值微分
- 9.2 绘制导数图
- 9.3 不可微函数
- 第 10 章:微分的回顾
- 10.1 复习
- 第 11 章:微分在求解方程中的应用
- 11.1 求解方程
- 第 12 章:反导数
- 12.1 反导数
- 第 13 章:曲线下面积;定积分
- 13.1 区域:定义,名称和符号
- 13.2 微积分和确定区域的基本定理
- 13.3 积分的诀窍
- 第 14 章:数值积分
- 14.1 数值积分计划
- 14.2 积分的“规则”
- 14.3 为什么这些规则有效?
- 第 15 章:平行数字的面积和体积;行列式
- 15.1 有符号面积和体积
- 15.2 表示平行边的图形
- 15.3 行列式的属性
- 15.4 求解行列式
- 15.5 用于求解电子表格中的行列式的爱丽丝梦游仙境方法
- 第 16 章一些纯数学
- 16.1 极限和点集拓扑简介
- 16.2 紧集
- 16.3 杂注
- 16.4 Lebesgue 积分
- 第 17 章:物理的建模应用
- 17.1 垂直运动建模
- 17.2 弹簧建模(谐波振荡器)
- 17.3 受迫振荡
- 17.4 简单电路
- 第 18 章捕食者猎物模型
- 18.1 捕食者猎物模型
- 第 19 章:求解微分方程
- 19.1 计划
- 19.2 一阶微分方程
- 19.3 二阶微分方程
- 19.4 行星运动