Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Терёхина, Фикс - Высшая математика

.pdf
Скачиваний:
136
Добавлен:
29.05.2015
Размер:
2.54 Mб
Скачать

3) zAPI[EM OB]EE RE[ENIE ISHODNOGO URAWNENIQ

 

 

 

 

 

 

 

 

Y =

C1(x) cos x + C2(x) sin x =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ln j p2 cos x + p2 cos2 x ; 1j + C1) cos x +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= (p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

arcsin(p2 sin x) + C2! sin x:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

rASKRYWAEM SKOBKI, PEREGRUPPIROWYWAEM SLAGAEMYE TAK, ^TOBY

WYDELITX OB]EE RE[ENIE ODNORODNOGO URAWNENIQ I ^ASTNOE RE[ENIE

NEODNORODNOGO:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

yOB]EE = C1 cos x + C2 sin x+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+p

 

ln j p2 cos x + p2 cos2 x ; 1j cos x + p

 

arcsin(p2 sin x) sin x:

 

2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14: y00

; 2y0 + y = xe4 :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1) nAHODIM RE[ENIE ODNORODNOGO URAWNENIQ

 

 

 

) k1 = k2 = 1:

y00 ;2y0 + y = 0 ) k2 ;2k +1 = 0 ) (k ;1)2 = 0

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y1 = e y2 = x

e

 

 

 

 

 

 

 

 

Y = (C1 + C2 x)e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2) pOLAGAEM C1 = C1(x)

 

C2 = C2(x)

I OB]EE RE[ENIE ISHODNO-

GO URAWNENIQ I]EM W WIDE

Y = [C1(x) + C2(x) x]

 

x

pROIZWODNYE

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e :

 

 

 

 

FUNKCIJ C1(x)

 

 

C2(x) DOLVNY UDOWLETWORQTX SISTEME

 

8

C0 (x)y1

+

C0 (x)y2 = 0

 

 

 

8

 

 

C0

(x)ex

+ C0

(x) x ex = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ x ex) = e

C0 (x)y0

+

C0 (x)y0

= f

(x)

 

 

 

) >

 

 

C0

(x)ex

+ C0

(x)(ex

:

<

1

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

<

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

x4

:sOKRA]AEM ex ZATEM WY^ITAEM IZ>

2-GO URAWNENIQ

 

 

 

 

 

 

 

 

1-E I POLU^AEM

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C0 =

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

x4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

iZ 1-GO URAWNENIQ C0

=

 

C0

 

x =

 

 

 

 

 

 

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;x3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

;

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

iNTEGRIRUQ POLU^ENNYE RAWENSTWA, OPREDELIM

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C0

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C1(x) =

 

(x) dx

=

 

 

 

=

 

 

+ C1:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

; Z x3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

C0

 

 

Z

dx

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C2(x) =

(x) dx

=

=

 

 

 

+ C2:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

x4

 

 

 

 

;3x3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

zAPI[EM OB]EE RE[ENIE ISHODNOGO URAWNENIQ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Y = [C1(x) + C2(x) x] ex = "

1

 

 

 

;

1

+

 

! x# ex =

 

+ C1 +

C2

 

2x2

3x3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

1

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= C1 + C2 x e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

6x2

e :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

132

 

 

1

 

 

 

 

 

15: rE[ITX ZADA^U kO[I

 

 

 

y00 ; 3y0 + 2y =

 

 

y(0) = 1 + 8 ln 2 y0(0) = 14 ln 2:

 

3 + e;x

 

1) nAHODIM RE[ENIE ODNORODNOGO URAWNENIQ

y00

; 2xy0 + y = 02x ) k2 ; 3k + 2 = 0x

)

2xk1 = 1 k2 = 2:

y1

= e y2 = e

)

 

Y = C1e

+ C2e

:

 

 

 

 

 

 

2) pOLAGAEM C1 = C1(x) C2 = C2(x) I OB]EE RE[ENIE ISHODNOGO URAWNENIQ I]EM W WIDE Y = C1(x)ex + C2(x)e2x:

pROIZWODNYE FUNKCIJ C1(x) C2(x) DOLVNY UDOWLETWORQTX SISTEME

8

1

 

 

 

2

 

 

= 0

 

 

 

 

 

 

8

 

C0 (x)ex

+ C0 (x)e2x = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C0 (x)y1

+ C0 (x)y2

 

) >

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

C0 (x)y0 +

C0 (x)y0 = f(x)

 

C0

(x)ex

+ 2C0

(x)e2x =

:

 

3 + e x

<

1 1

 

 

2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

<

 

1

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

:

C0 (x) + C0 (x)ex = 0

 

 

 

 

 

 

 

>C0 (x) =

;

C0 (x)ex

;

 

 

8

1

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

1

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

>

C0 (x) + 2C0 (x)ex =

 

 

1

 

) >

 

C0 (x)ex + 2C0 (x)ex =

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

>

1

 

 

2

 

 

 

 

 

3ex + 1

 

 

 

>

; 2

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

3ex + 1

<

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

<

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C0

:

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

iZ 2-GO URAWNENIQ POLU^AEM

 

 

(x) =

 

 

 

 

 

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

ex (3ex + 1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

iZ 1-GO URAWNENIQ

 

 

C0 (x) =

 

 

 

C0

(x)ex =

 

1

 

 

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

;3ex

+ 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

iNTEGRIRUQ POLU^ENNYE RAWENSTWA, OPREDELIM

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C1(x) =

 

 

C0

(x) dx

 

=

 

 

 

dx

 

 

 

 

=

 

 

(1 + 3ex) ; 3ex dx =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

; Z

 

1

 

 

 

 

 

 

 

; Z

3ex + 1 ; Z

 

 

 

3ex + 1

 

 

 

 

 

 

 

3ex

 

!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= ; Z 1 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx = ;x + ln j3ex + 1j + C1:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3ex + 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C2(x) =

 

C0

(x) dx

=

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

=

 

(1 + 3ex) ; 3ex dx =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

 

2

 

 

 

 

 

 

Z ex (3ex + 1) Z

 

ex(3ex + 1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= Z e;x

; 3

 

 

 

! dx = ;e;x ; 3x + 3 ln j3ex + 1j + C2:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3ex + 1

 

 

 

 

3) zAPI[EM OB]EE RE[ENIE ISHODNOGO URAWNENIQ

Y = C1(x) ex + C2(x) e2x =

x 2x x x x 2x x 2x x

= C1 e + C2 e + e ln j3e + 1j;xe + 3e ln j3e + 1j;3xe ;e -: pOSLE PREOBRAZOWANIJ POLU^IM OKON^ATELXNOE WYRAVENIE DLQ OB]E

GO RE[ENIQ

y = C1ex + C2 e2x + ex [(1 + 3ex) ln j1 + 3exj ; 1] :

133

nAHODIM ^ASTNOE RE[ENIE. dLQ \TOGO PREDWARITELXNO NAJDEM PROIZ- WODNU@ OT POLU^ENNOGO WYRAVENIQ DLQ OB]EGO RE[ENIQ

y0 = C1ex+2C2e2x+ex [(1 + 3ex) ln j1 + 3exj ; 1]+ex [3ex ln j1 + 3exj + 3ex] :

pODSTAWLQEM NA^ALXNYE USLOWIQ I POLU^AEM SISTEMU DLQ NAHOVDE- NIQ KONSTANT

8 y(0) = 1 + 8 ln 2

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 + 8 ln 2 = C1 + C2 + [4 ln 4 ; 1]

 

 

< y0(0) = 14 ln 2

) <

14 ln 2 =

 

+ 2

 

+ [4 ln 4 ; 1] + [3 ln 4 + 3] )

C1

C2

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

:

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C1 + C2 = 2

C1 = 6

8

1 + 8 ln 2 = C1 + C2 + 8 ln 2 ; 1

<

 

 

 

 

 

) <

 

 

 

 

 

 

) <

C2 = ;4:

14 ln 2 = C1 + 2C2

+ 14 ln 2 + 2:

C1 + 2C2 = ;2

~ASTNOE:

RE[ENIE

 

 

 

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

:

 

 

y^ASTN: = 6ex ; 4 e2x + ex [(1 + 3ex) ln j1 + 3exj ; 1] :

3.2.2. mETOD NEOPREDELENNYH KO\FFICIENTOW

mETOD WARIACII QWLQETSQ UNIWERSALXNYM METODOM RE[ENIQ NEOD- NORODNYH URAWNENIJ. nO W RQDE SLU^AEW PRI EGO REALIZACII PRIHO- DITSQ INTEGRIROWATX NE WSEGDA PROSTYE FUNKCII.

sU]ESTWUET BOLEE PROSTOJ PO ISPOLNENI@ METOD POISKA OB]EGO RE[ENIQ NEODNORODNOGO URAWNENIQ { METOD NEOPREDELENNYH KO\FFI- CIENTOW. nO ON MOVET BYTX ISPOLXZOWAN TOLXKO W TOM SLU^AE, ESLI PRAWAQ ^ASTX URAWNENIQ QWLQETSQ FUNKCIEJ "SPECIALXNOGO WIDA."

pUSTX TREBUETSQ NAJTI OB]EE RE[ENIE URAWNENIQ

 

ay00 + b y0 + c y = f(x)

GDE f(x)

ESTX FUNKCIQ "SPECIALXNOGO WIDA"

 

f(x) = e x [P(x) cos x + Q(x) sin x]

GDE P (x)

Q(x); MNOGO^LENY.

sHEMA NAHOVDENIQ OB]EGO RE[ENIQ

a) wYPISYWAEM ODNORODNOE URAWNENIE, SOOTWETSTWU@]EE DANNOMU NEODNORODNOMU: ay00 +by0 +cy = 0: sOSTAWLQEM HARAKTERISTI^ESKOE URAWNENIE ak2 + b k + c = 0: nAHODIM EGO KORNI I ZAPISYWAEM OB]EE RE[ENIE ODNORODNOGO URAWNENIQ Y = C1 y1(x) + C2 y2(x):

134

tEOREMA NALOVENIQ.

b) pRISTUPAEM K POISKU ^ASTNOGO RE[ENIQ Y ? NEODNORODNOGO URAW- NENIQ, ISHODQ IZ WIDA PRAWOJ ^ASTI f(x), DLQ \TOGO:

ZAPISYWAEM OB]IJ WID PRAWOJ ^ASTI (SM. NIVE PRIMERY W TABLI- CE). zAMETIM, ^TO "OB]IJ WID" KASAETSQ LI[X MNOGO^LENOW, WHODQ- ]IH W FUNKCI@ f(x). oB]IJ WID MNOGO^LENA I BUDET SODERVATX NEOPREDELENNYE KO\FFICIENTY, KOTORYE ZATEM NUVNO BUDET OPREDE- LQTX. pOKAZATELI \KSPONENT I ARGUMENTY TRIGONOMETRI^ESKIH FUNK- CIJ PRI \TOM OSTA@TSQ NEIZMENNYMI. oDNOWREMENNo OPREDELQEM HA- RAKTERNOE ^ISLO (W OB]EM SLU^AE - KOMPLEKSNOE), KOTOROE NUVNO SO- POSTAWITX S KORNQMI HARAKTERISTI^ESKOGO URAWNENIQ. pRI \TOM:

ESLI \TO ^ISLO NE QWLQETSQ KORNEM HARAKTERISTI^ESKOGO URAWNE- NIQ, TO WYRAVENIE DLQ Y ? POWTORQET OB]IJ WID PRAWOJ ^ASTI URAW- NENIQ,

ESLI \TO ^ISLO QWLQETSQ ODNOKRATNYM KORNEM HARAKTERISTI^ESKO- GO URAWNENIQ, TO \TO WYRAVENIE NEOBHODIMO UMNOVITX NA x

ESLI \TO ^ISLO QWLQETSQ DWUHKRATNYM KORNEM HARAKTERISTI^ESKO-

GO URAWNENIQ, TO WYRAVENIE OB]EGO WIDA NEOBHODIMO UMNOVITX NA x2:

c) COSTAWLENNOE WYRAVENIE DLQ Y ? PODSTAWLQEM W ISHODNOE NEOD- NORODNOE URAWNENIE I IZ POLU^ENNOGO RAWENSTWA LEWOJ I PRAWOJ EGO ^ASTEJ NAHODIM NEOPREDELENNYE KO\FFICIENTY. zAPISYWAEM Y ?,

A ZATEM I OB]EE RE[ENIE WSEGO URAWNENIQ SOGLASNO TEOREME O STRUK- TURE OB]EGO RE[ENIQ Y = Y + Y ?:

w RQDE SLU^AEW TAKVE POLEZNO POLXZOWATXSQ SLEDU@]EJ TEOREMOJ.

eSLI PRAWAQ ^ASTX URAWNENIQ PREDSTAW- LQET SOBOJ SUMMU DWUH FUNKCIJ "SPECIALXNOGO WIDA"

f(x) = f1(x) + f2(x) TO EGO ^ASTNOE RE[ENIE MOVET BYTX NAJ-

DENO KAK SUMMA ^ASTNYH RE[ENIJ

Y ? = Y ?

+ Y ?

 

 

1

2

GDE Y ?

Y ? ESTX ^ASTNYE RE[ENIQ URAWNENIJ

 

1

2

 

 

 

ay00 + b y0 + c y = f1(x)

ay00 + b y0 + c y = f2(x):

pRIWEDEM PRIMERY SOSTAWLENIQ OB]EGO WIDA ^ASTNOGO RE[ENIQ URAW- NENIQ PO WIDU PRAWOJ ^ASTI S U^ETOM KORNEJ HARAKTERISTI^ESKOGO URAWNENIQ (POKA BEZ NAHOVDENIQ NEOPREDELENNYH KO\FFICIENTOW).

135

 

 

pRAWAQ ^ASTX

 

 

 

oB]IJ WID

 

 

pROWERQEMOE

 

 

 

URAWNENIQ

 

 

 

 

PRAWOJ

^ASTI

 

 

^ISLO

 

 

 

 

 

 

 

f(x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z = i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1:

 

 

f(x) = Pn(x)

 

 

 

 

 

 

 

 

= 0 = 0

 

 

3,

;1=2 5

 

 

 

 

 

 

A

 

 

 

 

z = 0

 

 

x (3x

;

1)

 

;

x=5

 

 

A x + B

 

 

 

 

z = 0

 

 

(x

2

 

 

 

 

 

 

 

2

)

 

2

 

 

 

 

 

 

z = 0

 

 

 

; 2) (1

; x + x

 

A x + B x + C

 

 

 

 

 

x3 (2 + x2

; 3x3)

 

A x3 + B x2 + C x + D

 

z = 0

 

 

2: f(x) = Pn(x) e x

 

 

 

 

 

 

 

6= 0 = 0

e;x 3e;x

 

e;x

 

 

A

 

e;x

 

 

 

z = =

;

1

 

 

2x

 

 

 

 

 

 

 

;

 

2x

 

 

 

 

2x

 

 

 

 

 

 

 

 

xe

(5x + 2) e

 

 

(Ax + B) e

 

 

 

z = = 2

x2 e;x=3 (2x + x2) e;x=3

(Ax2 + Bx + C) e;x=3

z = = ;1=3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3: f(x) = Pn(x) cos x+

 

 

 

 

 

 

 

= 0

6= 0

 

 

 

 

+Qm(x) sin x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 cos 2x

 

sin 2x + 7 cos 2x

A cos 2x + B sin 2x

 

z = 2i

 

 

x sin x

(2x + 1) cos x

(Ax + B) cos x+

 

 

z = i

 

 

 

 

x cos x

;

2 sin x

 

+(Cx + D) sin x

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2 sin

x

 

 

 

 

x

 

(Ax2 + Bx + C) cos

+

z = i=2

 

2

+ x cos

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+(Dx2 + Ex + F) sin

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

4: f(x) = e x(Pn(x) cos x+

 

 

 

 

 

 

 

6= 0 6= 0

 

 

 

 

+Qm(x) sin x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e;x sin 2x

 

 

 

e;x(A cos 2x + B sin 2x)

= ;1

 

= 2

e;x (3 cos 2x

;

sin 2x)

 

 

 

 

 

 

 

z =

;

1

 

2i

 

 

 

 

3x

 

 

 

 

 

 

3x

((Ax + B) cos 5x+

 

 

 

 

 

 

x e

 

cos 5x

 

 

 

e

= 3

= 5

 

(2x ; 7) e3x sin 5x

 

+(Cx + D) sin 5x)

 

z = 3 5i

 

 

136

 

21: y00 + 3y0 + 2y = 3x:

k2 + 3k + 2 = 0 ) k1 = ;1 k2 = ;2:

 

a) y00 + 3y0 + 2y = 0 )

 

 

 

Y

= C1 e;x + C2 e;2x:

b) f(x) = 3x { MNOGO^LEN 1-OJ STEPENI (1-J SLU^AJ TABLICY). pROWERQEMOE W \TOM SLU^AE ^ISLO -"0" NE SOWPADAET S KORNQMI

HARAKTERISTI^ESKOGO URAWNENIQ, PO\TOMU ^ASTNOE RE[ENIE POWTORIT W OB]EM WIDE PRAWU@ ^ASTX URAWNENIQ, T.E. Y ? = Ax + B:

c)oB]EE RE[ENIE: Y = Y + Y ? = C1 e;x + C2 e;2x + (Ax + B):

16: y00 ; 4y0 = 2x2 ; 1:

a) y00 ; 4y0 = 0 )

k2 ; 4k = 0 )

k1 = 0 k2 = 4:

 

 

 

Y

= C1 + C2 e4x:

b) f(x) = (2x2 ; 1) { MNOGO^LEN 2-OJ STEPENI (1-J SLU^AJ TABL.). pROWERQEMOE W \TOM SLU^AE ^ISLO "0" SOWPADAET S ODNIM IZ KORNEJ HARAKTERISTI^ESKOGO URAWNENIQ, PO\TOMU ^ASTNOE RE[ENIE POWTORIT W OB]EM WIDE PRAWU@ ^ASTX URAWNENIQ I DOPOLNITELXNO UMNOVAETSQ

NA x1, T.E. Y ? = (Ax2 + Bx + C

)

x: ?

4x

2

 

c)

oB]EE RE[ENIE

:

Y = Y +Y = C1

+C2 e +(Ax +Bx+C) x:

 

17: y00 + y = 3ex:

 

a) y00 + y = 0 ) k2 + 1 = 0 ) k1 2 = i:

 

 

 

 

 

 

 

Y = C1

cos x + C2 sin x:

 

b) f(x) = 3 ex {

 

(2-J SLU^AJ TABLICY)

 

 

pROWERQEMOE W \TOM SLU^AE ^ISLO z = = 1 NE SOWPADAET S KORNQMI

HARAKTERISTI^ESKOGO URAWNENIQ, PO\TOMU ^ASTNOE RE[ENIE POWTORIT

W OB]EM WIDE PRAWU@ ^ASTX URAWNENIQ T.E. Y ? = A ex:

c) oB]EE RE[ENIE:

 

Y = Y + Y ? = C1 cos x + C2 sin x + A ex:

 

18: y00 ; 4y = (5x + 1) e;2x:

a) y00 ; 4y = 0 )

k2 ; 4 = 0 ) k1 = ;2 k2 = 2:

 

 

 

Y

= C1 e2x + C2 e;2x:

b) f(x) = (5x + 1) e;2x { (2-J SLU^AJ TABLICY).

pROWERQEMOE W \TOM SLU^AE ^ISLO = ;2 SOWPADAET S ODNIM IZ KOR- NEJ HARAKTERISTI^ESKOGO URAWNENIQ, PO\TOMU ^ASTNOE RE[ENIE, PO- WTORIW W OB]EM WIDE PRAWU@ ^ASTX URAWNENIQ, DOPOLNITELXNO UMNO-

137

b) f(x) = x2 e;3x

 

x

,

.

. Y

 

= (Ax

+ B) e;

 

x:

VAETSQ NA 1

 

T E

 

?

 

 

2x

 

 

 

 

c)

YOB]EE = Y + Y ? = C1 e2x + C2 e;2x + (Ax + B) x e;2x:

 

19: y00 + 6y0 + 9y = x2 e;3x:

 

 

 

 

 

a) y00 + 6y0

+ 9y = 0 )

k2 + 6k + 9 = 0 ) k1 = k2 = ;3:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Y

= (C1 + C2 x) e;3x:

{ (2-J SLU^AJ TABLICY).

pROWERQEMOE W \TOM SLU^AE ^ISLO = ;3 SOWPADAET S OBOIMI KOR- NQMI HARAKTERISTI^ESKOGO URAWNENIQ, PO\TOMU ^ASTNOE RE[ENIE, PO- WTORIW W OB]EM WIDE PRAWU@ ^ASTX URAWNENIQ, DOPOLNITELXNO UMNO-

x2:

c)YOB]EE = Y + Y ? = (C1 + C2 x) e;3x + (Ax2 + Bx + C) e;3x x2:

20: y00 + 2y0 = 3 cos 2x:

=0 ) = 0 )VAETSQ NA x2, T.E. Y ? = (Ax2 + Bx + C) e;3x = 0 k2 = ;2: 2xa) y00 + 2y0 k1k2 + 2k

Y = C1 + C2 e; :

b) f(x) = 3 cos 2x { (3-J SLU^AJ TABLICY).

pROWERQEMOE W \TOM SLU^AE ^ISLO i = 2i NE SOWPADAET S KORNQMI HARAKTERISTI^ESKOGO URAWNENIQ, PO\TOMU ^ASTNOE RE[ENIE POWTORIT

WOB]EM WIDE PRAWU@ ^ASTX URAWNENIQ, T.E. Y ? = A cos 2x + B sin 2x:

c)YOB]EE = Y + Y ? = C1 + C2 e;2x + A cos 2x + B sin 2x:

 

21: y00 + 16y = 2 sin 4x:

 

 

 

 

a) y00 + 16y = 0 ) k2 + 16 = 0 )

k1

2 = 4i:

 

 

 

 

Y = C1 cos 4x + C2 sin 4x:

 

b) f(x) = 2 sin 4x { (3-J SLU^AJ TABLICY).

pROWERQEMOE W \TOM SLU^AE ^ISLO i = 4i SOWPADAET S KORNQMI

HARAKTERISTI^ESKOGO URAWNENIQ, PO\TOMU ^ASTNOE RE[ENIE, POWTORIW

W OB]EM WIDE PRAWU@ ^ASTX URAWNENIQ, DOPOLNITELXNO UMNOVAETSQ

NA x, T.E. Y ? = (A cos 4x + B sin 4x) x:

 

 

YOB]EE = Y + Y ? = C1 cos 4x + C2 sin 4x + (A cos 4x + B sin 4x) x:

22: y00 + y0 ; 2y = x sin x:

 

 

a) y00 + y0 ; 2y = 0 ) k2 + k ; 2 = 0 ) k1 = 1 k2x = ;2:

2x

:

Y = C1 e + C2 e;

 

b) f(x) = x sin x { (3-J SLU^AJ TABLICY).

138

pROWERQEMOE W \TOM SLU^AE ^ISLO i = 1 i NE SOWPADAET S KORNQMI HARAKTERISTI^ESKOGO URAWNENIQ, PO\TOMU ^ASTNOE RE[ENIE POWTORIT

W OB]EM WIDE PRAWU@ ^ASTX URAWNENIQ, T.E.

Y ? = (Ax + B) cos x + (Cx + D) sin x:

YOB]EE = Y + Y ? = C1 ex + C2 e;2x + (Ax + B) cos x + (Cx + D) sin x:

23: y00 + 4y = e3x cos 2x:

a) y00 + 4y = 0 ) k2 + 4 = 0 ) k1 2 = 2i: )

Y = C1 cos 2x + C2 sin 2x: b) f(x) = e3x cos 2x { (4-J SLU^AJ TABLICY).

pROWERQEMOE W \TOM SLU^AE ^ISLO i = 3 2 i NE SOWPADAET S KORNQMI HARAKTERISTI^ESKOGO URAWNENIQ, PO\TOMU ^ASTNOE RE[ENIE

POWTORIT W OB]EM WIDE PRAWU@ ^ASTX URAWNENIQ,

Y ? = e3x(A cos 2x + B sin 2x):

YOB]EE = Y + Y ? = C1 cos 2x + C2 sin 2x + e3x(A cos 2x + B sin 2x):

24: y00 + 4y0 + 5y = e;2x sin x:

a) y00 + 4y0 + 5y = 0 ) k2 + 4k + 5 = 0 ) k1 2 = ;2 i:

Y = e;2x(C1 cos x + C2 sin x): b) f(x) = e;2x sin x { (4-J SLU^AJ TABLICY).

pROWERQEMOE W \TOM SLU^AE ^ISLO i = ;2 i SOWPADAET S KORNQMI HARAKTERISTI^ESKOGO URAWNENIQ, PO\TOMU ^ASTNOE RE[ENIE POWTORIT

W OB]EM WIDE PRAWU@ ^ASTX URAWNENIQ I DOPOLNITELXNO UMNOVAETSQ

NA x, T.E. Y ? = e;2x(A cos x + B sin x) x:

YOB]EE = Y + Y ? = e;2x(C1 cos x + C2 sin x) + e;2x(A cos x + B sin x) x:

w SLEDU@]IH PRIMERAH POKAZANY PRIEMY NAHOVDENIQ NEOPREDELEN-

NYH KO\FFICIENTOW A B

C D :::.

 

 

 

 

 

25: y00 + 4y0 + 4y = 5x + 3:

)

 

 

 

a) y00 + 4y0 + 4y = 0 )

k2 + 4k + 4 = 0

 

 

 

(k + 2)2 = 0 ) k1 = k2

= ;2 )

 

 

 

+ C2 x)e;2x:

 

 

Y = (C1

 

b) f(x) = 5x + 3:

 

 

 

 

 

pROWERQEMOE W \TOM SLU^AE ^ISLO "0" NE SOWPADAET NI S ODNIM KORNEM HARAKTERISTI^ESKOGO URAWNENIQ, PO\TOMU ^ASTNOE RE[ENIE POWTORIT

139

W OB]EM WIDE PRAWU@ ^ASTX URAWNENIQ, T.E. Y ? = Ax + B:

dLQ NAHOVDENIQ POKA NEOPREDELENNYH KO\FFICIENTOW A B PODSTA- WIM \TO RE[ENIE Y ? W ISHODNOE URAWNENIE WMESTO y, NAJDQ PREDWA-

RITELXNO (Y )0 = A (Y )00 = 0: tOGDA

 

y00 + 4y0 + 4y = 5x + 3 ) 4A + 4(Ax + B) = 5x + 3

)

4Ax + (4A + 4B) = 5x + 3:

 

pRIRAWNIWAQ KOFFICIENTY PRI ODINAKOWYH STEPENQH x W LEWOJ I PRAWOJ ^ASTQH RAWENSTWA, IMEEM

 

 

0

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

PRI

x1 :

4A = 5

)

<

A = 5=4

 

 

 

 

PRI

x :

4A + 4B = 3

B =

;

1=2:

 

 

 

 

 

zAPISYWAEM ^ASTNOE RE[ENIE Y ? =

54x:; 21:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c) oB]EE RE[ENIE NEODNORODNOGO URAWNENIQ:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5x

1

 

 

 

 

 

Y = Y + Y ? = (C1 + C2 x)e;2x +

 

 

 

 

 

 

; 2

:

 

 

 

 

4

 

26: y00

; 3y0 = x2 ; x:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a) y00 ; 3y0 = 0 ) k2 ; 3k = 0

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k(k ; 3) = 0 )

k1 = 0 k2 = 3:

 

 

 

= C1 + C2e3x:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Y

b) pRAWAQ ^ASTX URAWNENIQ ESTX MNOGO^LEN 2-OJ STEPENI, ^TO SO- OTWETSTWUET 1-MU SLU^A@ PRIWEDENNOJ TABLICY, I ^ISLO z = 0 cOW- PADAET S ODNIM IZ KORNEJ HARAKTERISTI^ESKOGO URAWNENIQ, PO\TOMU WYRAVENIE DLQ Y POWTORIT OB]IJ WID PRAWOJ ^ASTI I BUDET SODER- VATX MNOVITELX x

Y ? = x (Ax2 + B x + C) = A x3 + B x2 + C x:

pODSTAWIM \TO WYRAVENIE W ISHODNOE URAWNENIE, NAJDQ PREDWARI- TELXNO

(Y )0 = 3Ax2 + 2Bx + C (Y )00 = 6Ax + 2B: iMEEM RAWENSTWO DWUH MNOGO^LENOW

6Ax + 2B ; 3(3Ax2 + 2Bx + C) = x2 ; x:

pRIRAWNIWAEM KO\FFICIENTY PRI ODINAKOWYH STEPENQH x W LEWOJ I PRAWOJ ^ASTQH RAWENSTWA

PRI x2

1

 

: ;9A = 1 A = ;9

 

140

 

PRI x1

:

6A ;

6B = ;1 B =

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

PRI x0

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

:

2B ; 3C = 0 C =

 

 

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

27

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

1

 

 

! :

 

 

 

 

 

 

~ASTNOE RE[ENIE

Y = x

 

+

 

x

; 9 x2

 

 

 

 

 

 

27

18

 

 

 

 

 

 

c)

oB]EE RE[ENIE NEODNORODNOGO URAWNENIQ

 

1

 

1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Y = Y + Y ? = C1 + C2e3x + x

 

 

 

+

 

x ; 9 x2! :

 

 

 

27

18

 

27: y00

; 2y0 + y = (2x + 3) ex:

 

 

 

 

 

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

a) y00 ; 2y0 + y = 0 ) k2 ; 2k + 1 = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(k ; 1)2 = 0 ) k1 = k2 = 1:

 

 

 

 

 

= (C1 + C2 x) ex:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Y

 

b) nAHODIM ^ASTNOE RE[ENIE Y .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

pRAWAQ ^ASTX f(x) = (2x + 3) ex = P(x) e x

ESTX PROIZWEDENIE PO-

KAZATELXNOJ FUNKCII NA MNOGO^LEN 1-OJ STEPENI, ^TO SOOTWETSTWUET

2-OMU SLU^A@ PRIWEDENNOJ TABLICY, I ^ISLO z = = 1 QWLQETSQ

DWUHKRATNYM KORNEM HARAKTERISTI^ESKOGO URAWNENIQ, PO\TOMU WY-

RAVENIE DLQ Y POWTORIT OB]IJ WID PRAWOJ ^ASTI I BUDET SODERVATX

MNOVITELX x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Y = x2 (Ax + B)

ex = (Ax3 + Bx2) ex:

 

 

 

 

 

 

 

pODSTAWIM \TO WYRAVENIE W ISHODNOE URAWNENIE, NAJDQ PREDWARI-

TELXNO

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(Y )0 = (Ax3 + (3A + B)x2 + 2Bx) ex

 

 

 

 

 

 

 

 

(Y )00 = (Ax3 + (6A + B)x2 + (6A + 4B)x + 2B) ex:

 

 

 

 

pODSTAWIM Y

(Y )0

(Y )00

W URAWNENIE I SOKRATIM NA ex.

 

 

[Ax3 + (6A + B)x2 + (6A + 4B)x + 2B] ; 2[Ax3 + (3A + B)x2 + 2Bx] +

+[Ax3 + Bx2] = (2x + 3)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

RASKRYWAEM SKOBKI I PRIWODIM PODOBNYE

6Ax + 2B = 2x + 3:

oTKUDA IMEEM

6A = 2 A =

1 2B = 3

B

=

3:

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

1

2

3

! :

 

 

 

zAPISYWAEM ^ASTNOE RE[ENIE

Y = x2

ex

3 x +

2

 

 

 

c) oB]EE RE[ENIE NEODNORODNOGO URAWNENIQ

 

 

 

 

3

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ex

 

 

 

 

Y = (C1 + C2 x) ex

+ x2

2 +

3 x! :

 

141