Колледж-институт, помогайте!!!!!

0 голосов
35 просмотров

Колледж-институт, помогайте!!!!!


image

Математика (15 баллов) | 35 просмотров
Дан 1 ответ
0 голосов
Правильный ответ
Решить дифференциальное уравнение: 3y''-5y'+2y=4x^2-6x+5

Решение:

Данное уравнение является дифференциальным уравнением второго порядка с постоянными коэффициентами, неоднородным.

Найти нужно: Yо.н. = Yо.о. + Yч.н.
Где Уо.о. - общее решение однородного уравнения, Уч.н. - частное решение неоднородного уравнения.

1) Найдем сначала общее решение однородного уравнения, т.е.
3y''-5y'+2y=0
Воспользуемся методом Эйлера. Пусть y=e^{kx}, тогда мы перейдем к характеристическому уравнению вида:
3k^2-5k+2=0\\ D=b^2-4ac=(-5)^2-4\cdot3\cdot 2=25-24=1\\ k_1=1\\ k_2= \frac{2}{3}

Тогда общее решение однородного уравнения примет вид:
Уо.о. = C_1e^x+C_2e^\big{\frac{2}{3} x}

2) Поиск частного решения неоднородного уравнения
Рассмотрим функцию f(x)=4x^2-6x+5=e^{0x}(4x^2-6x+5)
P_n(x)=4x^2-6x+5\,\,\,\,\,\, \Rightarrow\,\,\,\,\,\, n=2\\ \alpha=0

Сравнивая \alpha с корнями характеристического уравнения, и принимая во внимание, что n=2, то частное решение будем искать в виде: 
Уч.н. = Ax^2+Bx+C

Найдем первую и вторую производную функций
y'=2Ax+B\\ y''=2A

Подставим в исходное уравнение
3\cdot 2A-5\cdot (2Ax+B)+2(Ax^2+Bx+C)=4x^2-6x+5\\ \\ 2Ax^2+x(2B-10A)+6A-5B+2C=4x^2-6x+5

Приравниваем коэффициенты при степени х

\begin{cases}
 & \text{ } 2A=4 \\ 
 & \text{ } 2B-10A=-6 \\ 
 & \text{ } 6A-5B+2C=5 
\end{cases}\Rightarrow\begin{cases}
 & \text{ } A=2 \\ 
 & \text{ } B=7 \\ 
 & \text{ } C=14 
\end{cases}

Уч.н. = 2x^2+7x+14

Общее решение неоднородного уравнения:
Уо.н. = C_1e^x+C_2e^\big{\frac{2}{3} x}+2x^2+7x+14

Решить дифференциальное уравнение: 3y''-y=4\cos5x+2\sin5x

Решение:

Аналогично с предыдущего решения нам нужно найти Уо.н.=Уо.о+Уч.н.

1) Находим решение соответствующего однородного уравнения
3y''-y=0
Перейдем к характеристическому уравнению, пользуясь методом Эйлера.
Пусть y=e^{kx}, тогда получаем:
3k^2-1=0\\ \\ k=\pm \dfrac{1}{\sqrt{3}}

Тогда общее решение однородного уравнения примет следующий вид:
y_{o.o}=C_1e^\big{\frac{1}{\sqrt{3}} x}+C_2e^\big{-\frac{1}{\sqrt{3}} x}

2) Поиск частного решения
Рассмотрим следующую функцию f(x)=4\cos 5x+2\sin5x=e^{0x}(4\cos5x+2\sin5x)
R_m(x)=4;\,\,\,\,\,\, P_n(x)=2\,\,\,\,\,\to\,\, m=n=0\\ \alpha=0;\,\,\,\,\,\,\,\, \min=n=0

Сравнивая \alpha с корнями характеристического уравнения, и принимая во внимание, что n=0, то частное решение будем искать в виде:
Уч.н. = A\cos5x+B\sin5x

Найдем первую и вторую производную функций
y'=-5A\sin5x+5B\cos 5x\\ y''=-25A\cos5x-25B\sin5x

Подставим в исходное уравнение
3\cdot(-25A\cos 5x-25B\sin5x)-(A\cos5x+B\sin5x)=4\cos5x+2\sin5x\\ -76A\cos5x-76B\sin5x=4\cos5x+2\sin5x

Приравниваем коэффициенты при sin5x и cos5x

\begin{cases}
 & \text{ } -76A=4 \\ 
 & \text{ } -76B=2 
\end{cases}\Rightarrow\,\,\,\,\begin{cases}
 & \text{ } A=- \frac{1}{19} \\ 
 & \text{ } B=- \frac{1}{38} 
\end{cases}

Частное решение имеет вид: Уч.н. = - \dfrac{1}{19}\cos5x- \dfrac{1}{38}\sin5x

Общее решение неоднородного уравнения:
C_1e^\big{\frac{1}{\sqrt{3}} x}+C_2e^\big{-\frac{1}{\sqrt{3}} x}- \dfrac{1}{19}\cos5x- \dfrac{1}{38}\sin5x