Скористаємося в рівнянні (1.1) розкладанням в ряд Тейлора
(1.2)
Для достатньо малих можемо знехтувати в (1.2) усіма членами, за винятком . Після спрощення рівняння отримаємо основне диференціальне рівняння задачі про вільні коливання:
(1.3)
де
Загальне рішення цього рівняння має вигляд
який і висловлює принцип суперпозиції коливань в лінійних системах.
Можна користуватися і іншою формою запису рішення:
(1.4)
яке представляє собою незгасаючі гармонійні коливання. Тут – амплітуда коливань, – початкова фаза, які знаходяться за початковими умовами. Кругова частота пов'язана з фізичними параметрами системи і не залежить від початкових умов. З цієї причини її називають власноючастотою системи.