Apakah penyelesaian umum persamaan kebezaan y '' '- y' '+ 44y'-4 = 0?

Apakah penyelesaian umum persamaan kebezaan y '' '- y' '+ 44y'-4 = 0?
Anonim

# "Persamaan ciri adalah:" #

# z ^ 3 - z ^ 2 + 4 z = 0 #

# => z (z ^ 2 - z + 4) = 0 #

# => z = 0 "OR" z ^ 2 - z + 4 = 0 #

# "cakera bagi quad. eq. = 1 - 16 = -15 <0" #

# "jadi kami mempunyai dua penyelesaian yang rumit, mereka adalah" #

#z = (1 pm sqrt (15) i) / 2 #

# "Jadi penyelesaian am persamaan homogen adalah:" #

#A + B 'exp (x / 2) exp ((sqrt (15) / 2) i x) + #

#C 'exp (x / 2) exp (- (sqrt (15) / 2) i x) #

(X / 2) cos (sqrt (15) x / 2) + C exp (x / 2) sin (sqrt (15) x /

# "Penyelesaian khusus untuk persamaan lengkap adalah" #

# "y = x," #

# "Itu mudah dilihat." #

# "Jadi penyelesaian lengkap adalah:" #

(x / 2) cos (sqrt (15) x / 2) + C exp (x / 2) sin (sqrt (15) x /

Jawapan:

# y = A + e ^ (1 / 2x) {Bcos (sqrt (15) / 2x) + Csin (sqrt (15) / 2x)

Penjelasan:

Kami ada:

# y '' '- y' '+ 44y'-4 = 0 #

Atau, Sebagai alternatif:

# y '' '- y' '+ 4y' = 4 # ….. A

Ini adalah ketiga Persamaan Pembezaan bukan homogen linear dengan pekali malar. Pendekatan standard adalah untuk mencari penyelesaian, # y_c # daripada persamaan homogen dengan melihat Persamaan Auxiliary, yang merupakan persamaan polinom dengan koefisien derivatif, dan kemudian mencari penyelesaian khusus bebas, # y_p # daripada persamaan bukan homogen.

Akar persamaan bantu menentukan bahagian penyelesaian, yang jika linear bebas, maka superposisi penyelesaian membentuk penyelesaian umum penuh.

  • Akar yang berbeza nyata # m = alpha, beta, … # akan menghasilkan penyelesaian bebas secara linear secara bebas # y_1 = Ae ^ (alphax) #, # y_2 = Be ^ (betax) #, …
  • Akar berulang nyata # m = alpha #, akan menghasilkan penyelesaian bentuknya # y = (Ax + B) e ^ (alphax) # di mana polinomial mempunyai tahap yang sama seperti ulangan.
  • Akar kompleks (yang mesti berlaku sebagai pasangan konjugasi) # m = p + -qi # akan menghasilkan penyelesaian pasangan secara bebas daripada garis lurus # y = e ^ (px) (Acos (qx) + Bsin (qx)) #

Penyelesaian Khusus

Untuk mencari penyelesaian tertentu persamaan bukan homogen:

# y '' '- y' '+ 4y' = f (x) # dengan #f (x) = 4 # ….. C

kemudian sebagai #f (x) # adalah polinomial darjah #0#, kami akan mencari penyelesaian polinomial dengan ijazah yang sama, iaitu borang #y = a #

Walau bagaimanapun, penyelesaian sedemikian sudah wujud dalam penyelesaian CF dan oleh itu harus mempertimbangkan penyelesaian yang berpotensi dalam bentuk # y = ax #, Jika pemalar # a # adalah ditentukan oleh penggantian langsung dan perbandingan:

Membezakan # y = ax # wrt # x # kita mendapatkan:

# y '= a #

# y '' = 0 #

# y '' '= 0 #

Menggantikan keputusan ini ke dalam DE A yang kami dapat:

# 0-0 + 4a = 4 => a = 1 #

Dan jadi kami membentuk penyelesaian khusus:

# y_p = x #

Penyelesaian Am

Yang kemudiannya membawa kepada GS A}

# y (x) = y_c + y_p #

# = A + e ^ (1 / 2x) {Bcos (sqrt (15) / 2x) + Csin (sqrt (15) / 2x)

Perhatikan penyelesaian ini #3# pemalar integrasi dan #3# penyelesaian bebas secara linear, oleh itu oleh Teori Kewujudan dan Keunikan mereka superposisi adalah Penyelesaian Umum