Помогите!!
Найти общее решение уравнения y+y-2y=-4+e^x

Ладно попробуем попробуем повыделываться.
y^{}+y^{}-2y=-4+e^x
Перед нами линейное дифференциальное уравнение 2го порядка, с постоянными коэффициентами, к тому же неоднородное.
Общее решение неоднородного уравнения находится в виде суммы общего решения однородного уравнения (правую часть заменить на 0), и какого нибудь ненулевого частного решения неоднородного уравнения.
Приступим. Отработаем однородное уравнение
 y^{}+y^{}-2y=0 (2)
Cоответствующее характеристическое уравнение:
 lambda ^2+ lambda-2=0 (3)
(3) Обычное квадратное уравнение. Его корни:
 lambda_{1}= frac{-1+ sqrt{D} }{2}
 lambda_{2}= frac{-1- sqrt{D} }{2}
где D - дискриминант уравнения (3)
D=1-4*1*(-2)=1+8=9  Хороший дискриминант, корень нацело извлекается и
корни получаются действительные. Ладно продолжаем
 lambda_{1}= frac{-1+ sqrt{9} }{2}= frac{2}{2} =1 (4)
[tex] lambda_{2}= frac{-1-sqrt{3} }{2}= frac{-4}{2}=-2 (5)
Общее решение однородного уравнения (2) получается в виде:
y(x)=C_{1}e^{lambda_{1}x}+C_{2}e^{lambda_{2}x} (6)
Где C_{1} и C_{2} произвольные константы (постоянные).
 С учетом (4), (5) общее решение (6) выглядит так:
y(x)=C_{1}e^x+C_{2}e^{-2x} (7)
Так, есть общее решение однородного уравнения. Теперь надо найти частное решение неоднородного.
 Частное решение ищем в таком виде:
y_{c}(x)=A+Bxe^x (8)
Где A и B некоторые коэффициенты, значения которых нам надо подобрать.
Подбирать будем так: Найдем 1-ю и 2-ю производные (8) и подставим их и (8) в уравнение (1) вместо y^{}, y^{} и y.
1-я производная частного решения:
y_{c}^{}=(A+Bxe^x)^{}=B(xe^x)^{}=B(e^x+xe^x)=Be^x+Bxe^x (9)
2-я производная:
y_{c}^{}=(Be^x+Bxe^x)^{}=Be^x+Be^x+Bxe^x=2Be^x+Bxe^x (10)
Ну вот, подставляем (8), (9), (10) в уравнение (1):
(2Be^x+Bxe^x)+(Be^x+Bxe^x)-2(A+Bxe^x)=-4+e^x
Раскрываем скобки и перегруппировываем слагаемые в левой части:
(2Be^x+Bxe^x)+(Be^x+Bxe^x)-2(A+Bxe^x)=
=3Be^x+2Bxe^x-2A-2Bxe^x=3Be^x-2A
Таким образом получили такое соотношение для определения "неопределенных коэффициентов" A и B:
3Bxe^x-2A=-4+e^x (11)
Приравниваем коэффициенты в правой и левой частях (11) при одинаковых степенях е. получаем :
 left { {{-2A=-4} atop {3B=1}} right.
фактически простая система обычных линейных уравнений, решив которую, получаем: left { {{A=2} atop {B= frac{1}{3} }} right.   (12)
Теперь, с учетом (12), частное решение (8) примет вид:
y_{c}=2+ frac{1}{3}x e^x (13)
Ну вот, объеденяя (7) и (13), получаем общее решение уравнения (1):
y(x)=C_{1}e^x+C_{2}e^{-2x}+2+ frac{1}{3}x e^x (14)

Фуу! Кажется все! Проверку, выполнять пока не буду Надо чайку хлебнуть. Неленивый может сам подставить (14) в (1) и проверить получится ли равенство. :)



Оцени ответ
Подпишись на наш канал в телеграм. Там мы даём ещё больше полезной информации для школьников!

Загрузить картинку