Помогите пожалуйста найти общее решение линейного неоднородного дифференциального уравнения методом неопределенных коэффициентов. у" +25у = 100xsin5x+50cos5x необходимо указать корни характеристического уравнения, вид частного решения линейного неоднородного дифференциального уравнения (с неопределенными коэффициентами).

Есть ответ
12.12.2022
185

Ответ


Найдем сначала общее решение соответствующего однородного уравнения:
y''+25y=0

Пусть y=e^{kx}, получим характеристическое уравнение:
k^2+25=0\ k=pm5i
Характеристическое уравнение имеет два комплексных корня Два линейно независимые решения это y_1=cos 5x,~ y_2=sin5x
Общее решение однородного дифференциального уравнения:
y^*=y_1+y_2=C_1cos 5x+C_2sin5x
Рассмотрим правую часть дифференциального уравнения:
f(x)=e^{0x}(100xsin5x+50cos 5x)~~Rightarrow~~~alpha =0;~~~ beta=5\ P_n(x)=100x~~~Rightarrow~~~ n=1;~~~ Q_n(x)=50~~~Rightarrow~~~ n=0

Число k=alpha +ibeta принимает значение k=5i, это число является корнем характеристическое уравнение k^2+25=0. Кратность k=1
Частное решение будем искать в виде:
y^{**}=x^{k}((Ax+B)sin 5x+(Cx+D)cos 5x)=\ \ =(Ax+B)xsin 5x+(Cx+D)xcos 5x
Вычислим для нее производную второго порядка
y'=left(-5Cx^2+left(2A-5Dright)x+Dright)sin 5x+(5Ax^2+(5B+2C)x+D)cos5x\ \ y''=(-25Ax^2-(25B+20C)x-10D+2A)sin 5x+(-25Cx^2+\ \ +(20A-25D)x+10B+2C)cos 5x

Подставив в исходное дифференциальное уравнение, получим:
(-20Cx-10D+2A)sin 5x+(20Ax+10B+2C)cos 5x=100xsin 5x+50cos5x
Приравниваем коэффициент при xcos5x, xsin5x, sin5x, cos5x, получим систему уравнений:
begin{cases}&text{}2A-10D=0\&text{}10B+2C=50\&text{}-20C=100\&text{}20A=0end{cases}~~~~Longrightarrow~~~begin{cases}&text{}D=0\&text{}B=6\&text{}C=-5\&text{}A=0end{cases}

Частное решение: y^{**}=6xsin 5x-5x^2cos 5x

Общее решение линейного неоднородного дифференциального уравнения:
y=y^*+y^{**}=C_1cos 5x+C_2sin5x+6xsin 5x-5x^2cos 5x


Если вы нашли правильное решение, вы можете поблагодарить нас начиная с 10 рублей.
Просто нажмите на кнопку "Подарить".
12.12.2022
Этот сайт использует cookies (Политика Cookies). Вы можете указать условия хранения и доступ к cookies в своем браузере.