Найти общее решение y"-7y'=3x^2+4x+4

0 голосов
21 просмотров

Найти общее решение y"-7y'=3x^2+4x+4


Математика (15 баллов) | 21 просмотров
0

y"-7y'=3x^2+4x+4 y`=pp`-7p=3x^2+4x+4p=C*e^7x+popo = A x^2+Bx + Dp`-7p = 2A x+B - 7A x^2-7Bx + 7D=3x^2+4x+4 - 7A = 32A -7B=4B+7D=4и так далее ...

Дан 1 ответ
0 голосов
Правильный ответ

Данное уравнение - линейное неоднородное. 
Общее решение линейного неоднородного уравнения есть сумма общего решения соответствующего линейного однородного уравнения и частного решения исходного неоднородного.
Соответствующее однородное уравнение имеет вид
y'' - 7y' = 0
Соответствующее характеристическое уравнение имеет вид
k^2 - 7k = 0.
Его корни k_1 = 0, k_2 = 7.
Общее решение однородного уравнения имеет вид
y_0(x) = C_1e^{7x} + C_2, где C1, C2 - произвольные постоянные.
Найдем частное решение неоднородного уравнения. Сделаем это методом подбора.
Так как один из корней характеристического уравнения равен нулю, то "очевидный подбор" y = Ax^2 + Bx + C следует умножить на x и в таком виде искать решение. То есть, ищем частное решение неоднородного уравнения в виде \tilde{y}(x) = x(Ax^2+Bx+C), где A, B, C - неизвестные числа.
Дифференцируя, находим выражения для y' и y'':
y' = 3Ax^2+2Bx+C \\ y'' = 6Ax+2B.
Подставляем полученные выражения в уравнение:
(6Ax+2B) - 7(3Ax^2+2Bx+C) = 3x^2+4x+4 \\ -21Ax^2+(6A-14B)x+(2B-7C) = 3x^2+4x+4.
Сравнивая коэффициенты при одинаковых степенях, будем иметь:
\left\{\begin{matrix}-21A=3\\6A-14B=4\\2B-7C=4\end{matrix}\right.
Решая эту систему, имеем:
\left\{\begin{matrix} A=- \frac{1}{7} \\ B=- \frac{17}{49} \\ C=- \frac{230}{343} \end{matrix}\right.
То есть, частное решение неоднородного уравнения есть
\tilde{y}(x) = - \frac{1}{7} x^3 - \frac{17}{49} x^2 - \frac{230}{343} x.
Значит общее решение неоднородного уравнения имеет вид
y(x) = y_0(x) + \tilde{y}(x) = C_1e^{7x} + C_2 - \frac{1}{7} x^3 - \frac{17}{49} x^2 - \frac{230}{343} x.

(97.8k баллов)