คำตอบทั่วไปของสมการอนุพันธ์คืออะไร '' - - y '' + 44y'-4 = 0?

คำตอบทั่วไปของสมการอนุพันธ์คืออะไร '' - - y '' + 44y'-4 = 0?
Anonim

# "สมการลักษณะคือ:" #

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

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

# => z = 0 "หรือ" z ^ 2 - z + 4 = 0 #

# "แผ่นดิสก์ของรูปสี่เหลี่ยม eq. = 1 - 16 = -15 <0" #

# "ดังนั้นเราจึงมีวิธีแก้ปัญหาที่ซับซ้อนสองวิธีคือ" #

#z = (13.00 น. sqrt (15) i) / 2 #

# "ดังนั้นวิธีแก้ปัญหาทั่วไปของสมการเอกพันธ์คือ:" #

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

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

# = A + B exp (x / 2) cos (sqrt (15) x / 2) + C exp (x / 2) sin (sqrt (15) x / 2) #

# "โซลูชันเฉพาะสำหรับสมการที่สมบูรณ์คือ" #

# "y = x," #

# "นั่นง่ายที่จะเห็น" #

# "ดังนั้นโซลูชันที่สมบูรณ์คือ:" #

#y (x) = x + A + B exp (x / 2) cos (sqrt (15) x / 2) + C exp (x / 2) sin (sqrt (15) x / 2) #

ตอบ:

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

คำอธิบาย:

เรามี:

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

หรืออีกทางหนึ่ง:

# y '' '- y' '+ 4y' = 4 # ….. A

มันคือ ที่สาม สั่งซื้อสมการเชิงอนุพันธ์เชิงเส้นแบบไม่เป็นเอกพันธ์ที่มีสัมประสิทธิ์คงที่ แนวทางมาตรฐานคือการหาทางออก # y_c # ของสมการเอกพันธ์โดยดูที่สมการเสริมซึ่งเป็นสมการพหุนามกับสัมประสิทธิ์ของอนุพันธ์แล้วหาวิธีแก้ปัญหาเฉพาะอิสระ # y_p # ของสมการที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน

รากของสมการเสริมช่วยกำหนดส่วนต่าง ๆ ของการแก้ปัญหาซึ่งหากอิสระเชิงเส้นจากนั้นการทับซ้อนของการแก้ปัญหาในรูปแบบการแก้ปัญหาทั่วไปเต็มรูปแบบ

  • รากที่แตกต่างที่แท้จริง # m = อัลฟ่า, เบต้า, … # จะให้ผลเฉลยอิสระเชิงเส้นตรงของแบบฟอร์ม # y_1 = Ae ^ (ALPHAX) #, # y_2 = Be ^ (betax) #, …
  • รากซ้ำจริง # m = อัลฟา #จะให้ผลเฉลยของแบบฟอร์ม # การ y = (ขวาน + B) จ ^ (ALPHAX) # โดยที่พหุนามมีระดับเดียวกับการทำซ้ำ
  • คอมเพล็กซ์รูต (ซึ่งต้องเกิดขึ้นเป็นคู่ผัน) # m = + p -qi # จะให้ผลเฉลยคู่ที่เป็นอิสระต่อกันของแบบฟอร์ม # การ y = E ^ (px) (Acos (QX) + Bsin (QX)) #

โซลูชันเฉพาะ

เพื่อหาคำตอบเฉพาะของสมการที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน:

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

จากนั้นเป็น # f (x) # คือพหุนามของดีกรี #0#เราจะหาคำตอบพหุนามในระดับเดียวกันนั่นคือแบบฟอร์ม #y = a #

อย่างไรก็ตามโซลูชันดังกล่าวมีอยู่แล้วในโซลูชัน CF และต้องพิจารณาโซลูชันที่มีศักยภาพของแบบฟอร์ม # การ y = ขวาน #ที่ไหนยังอยู่ # A # จะถูกกำหนดโดยการทดแทนโดยตรงและการเปรียบเทียบ:

ความแตกต่าง # การ y = ขวาน # WRT # x # เราได้รับ:

# y '= a #

# y '' = 0 #

# y '' '= 0 #

การแทนที่ผลลัพธ์เหล่านี้ใน DE A ที่เราได้รับ:

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

ดังนั้นเราจึงสร้างโซลูชันเฉพาะ:

# y_p = x #

วิธีแก้ปัญหาทั่วไป

ซึ่งจะนำไปสู่ GS ของ A}

# y (x) = y_c + y_p #

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

หมายเหตุวิธีนี้มี #3# ค่าคงที่ของการรวมและ #3# การแก้ปัญหาอิสระเชิงเส้นดังนั้นโดยการดำรงอยู่และเอกลักษณ์ทฤษฎีบทการทับซ้อนของพวกเขาคือการแก้ปัญหาทั่วไป