Дифференциальные уравнения. - 31 стр.

UptoLike

Рубрика: 

ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ УРАВНЕНИЯ 31
и
d
2
y
′′
dx
2
+ 12
dy
′′
d
x
+ 37y
′′
= 5x
2
+ 2x. (78)
Из первого уравнения получаем
(C
0
+ 12C
0
+ 37C
0
)e
x
= e
c
,
т.е. C
0
=
1
50
, а из второго
2C
3
+ 12(C
2
+ 2C
3
x) + 37(C
1
+ C
2
x + C
3
x
2
) = 5x
2
+ 2x,
т.е.
37C
3
= 5,
24C
3
+ 37C
2
= 2,
2C
3
+ 12C
2
+ 37C
1
= 0.
Отсюда следует, что
C
3
=
5
37
, C
2
=
46
37
2
, C
1
=
182
37
3
.
Поскольку корни характеристического многочлена λ
2
+12λ+37 это λ
1,2
= 6±i, общее решение
уравнения (78) имеет вид
y
1
= e
6x
(C
1
cos x + C
2
sin x) +
1
50
e
x
+
182
37
3
46
37
2
x +
5
37
x
2
.
Выражение для y
2
получается подстановкой этого равенства в (77).
Пример 38. Рассмотрим систему из примера 35 и добавим в неё неоднородность:
(
dy
1
dx
= 2y
1
+ 2y
2
+ xe
3x
,
dy
2
dx
= 2y
1
y
2
+ sin x.
Имеем
y
2
=
1
2
dy
1
dx
y
1
1
2
xe
3x
. (79)
Подставив (79) во второе уравнение, получаем
d
2
y
1
dx
2
dy
1
dx
6y
2
= (1 + 4x)e
3x
+ 2 sin x. (80)
Значит, частное решение y
+ y
′′
, где
y
= x(C
0
+ C
1
x)e
3x
, y
′′
= C
2
cos x + C
3
sin x,
находится из условий
d
2
y
dx
2
dy
dx
6y
= (1 + 4x)e
3x
и
d
2
y
′′
dx
2
dy
′′
dx
6y
′′
= 2 sin x.
Из первого уравнения следует, что
5C
1
= 2, 2C
1
+ 6C
0
= 1,
т.е.
C
1
=
2
5
, C
0
=
1
30
.
Из второго уравнения получаем
(
7C
2
+ C
3
= 0,
C
2
7C
3
= 2.
Значит,
C
2
=
1
25
, C
3
=
7
25
.
                                      ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ УРАВНЕНИЯ                             31

и
                                       d2 y ′′      dy ′′
                                               + 12       + 37y ′′ = 5x2 + 2x.             (78)
                                       dx2           dx
Из первого уравнения получаем
                                          (C0 + 12C0 + 37C0 )ex = ec ,
             1
т.е. C0 =   50 ,   а из второго —
                          2C3 + 12(C2 + 2C3 x) + 37(C1 + C2 x + C3 x2 ) = 5x2 + 2x,
т.е.                                     
                                         37C3 = 5,
                                         
                                           24C3 + 37C2 = 2,
                                         
                                         
                                           2C3 + 12C2 + 37C1 = 0.
Отсюда следует, что
                                       5            46       182
                                     C3 =, C2 = − 2 , C1 = 3 .
                                      37            37       37
Поскольку корни характеристического многочлена λ2 +12λ+37 — это λ1,2 = −6±i, общее решение
уравнения (78) имеет вид
                                                      1  182    46  5
                   y1 = e−6x (C1 cos x + C2 sin x) + ex + 3 − 2 x + x2 .
                                                     50  37     37 37
Выражение для y2 получается подстановкой этого равенства в (77).
    Пример 38. Рассмотрим систему из примера 35 и добавим в неё неоднородность:
                                 (
                                   dy1                 3x
                                   dx = 2y1 + 2y2 + xe ,
                                   dy2
                                   dx = 2y1 − y2 + sin x.
Имеем
                                        1 dy1       1
                                              − y1 − xe3x .
                                            y2 =                                           (79)
                                        2 dx        2
Подставив (79) во второе уравнение, получаем
                             d2 y1 dy1
                                      −     − 6y2 = (1 + 4x)e3x + 2 sin x.                 (80)
                             dx2         dx
Значит, частное решение y ′ + y ′′ , где
                              y ′ = x(C0 + C1 x)e3x ,        y ′′ = C2 cos x + C3 sin x,
находится из условий
                                        d2 y ′ dy ′
                                              −     − 6y ′ = (1 + 4x)e3x
                                        dx2     dx
и
                                          d2 y ′′ dy ′′
                                                 −      − 6y ′′ = 2 sin x.
                                          dx2      dx
Из первого уравнения следует, что
                                            5C1 = 2,       2C1 + 6C0 = 1,
т.е.
                                                    2           1
                                               C1 = , C0 = .
                                                    5          30
Из второго уравнения получаем                  (
                                                 7C2 + C3 = 0,
                                                 C2 − 7C3 = 2.
Значит,
                                                     1                7
                                             C2 =      ,     C3 = −      .
                                                    25                25