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

0887578_645D9_denisyuk_v_p_repeta_v_k_gaeva_k_a_kleshnya_n_o_visha_matemat

.pdf
Скачиваний:
21
Добавлен:
19.02.2016
Размер:
2.32 Mб
Скачать

Підставимо y* , y* і

y′′*

у вихідне рівняння:

 

 

 

e x (2B + 2(B

0

+ 2B x) + (B

0

x + B x2 ))

 

 

 

 

1

 

 

 

1

1

 

7e x (B

0

+ 2B x + (B

0

x + B x

2 )) + 6(B

0

x + B x2 )e x

= (x 2)e x .

 

1

 

 

 

1

 

1

 

Після скорочень дістанемо рівняння:

10B1x + 2B1 5B0 = x 2.

Прирівняємо коефіцієнти при однакових степенях x :

x1 :

10B1 = 1,

 

звідси B1 = −

1

,

B0 =

9

.

 

 

 

2B

5B

= −2,

 

 

 

x

0

:

10

25

 

 

1

0

 

 

 

 

 

Загальний розв’язок вихідного рівняння:

 

9

 

x

2

 

y = C1ex + C2e6x +

x

 

ex .

 

 

 

 

25

10

 

 

 

12. Розв’яжіть задачу Коші

y′′ − 5y′ + 6y = 13sin 3x, y(0) = 1, y(0) = 0 .

Розв’язання. Характеристичне рівняння

k 2 5k + 6 = 0 має корені

k1 = 2, k2 = 3 . Тоді e2x , e3x — фундаментальна система.

Загальний розв’язок однорідного рівняння

y′′ − 5y′ + 6y = 0 такий:

y = C1e2x + C2e3x .

Праву частину даного рівняння можна записати у вигляді

13sin 3x = e0 x (0 cos 3x + 13sin 3x),

тобто контрольне число правої частини z = 0 +3i = 3i, крім того, для даного випадку у формулі (3.29) Pn (x) = 0, Qm (x) =13. Оскільки z = 3i не є

коренем характеристичного рівняння, то частинний розв’язок шукаємо у вигляді

y* = A0 cos 3x + B0 sin 3x .

Знаходимо похідні:

y* = −3A sin 3x + 3B

0

cos 3x,

y′′* = −9A cos 3x 9B

0

sin 3x.

0

 

0

 

251

Підставивши значення y* , y* і y′′* у вихідне рівняння, дістанемо після належних перетворень співвідношення

3(A0 + 5B0 ) cos 3x + 3(5A0 B0 ) sin 3x = 13sin 3x.

Прирівняємо коефіцієнти при sin 3x

і cos 3x :

 

 

 

3(A0

+ 5B0 ) = 0

A0 =

5

, B0

= −

1

.

 

B0 ) = 13

 

 

6

6

3(5A0

 

 

 

 

 

 

Отже,

 

5

 

 

1

 

 

 

 

 

 

y* =

cos 3x

sin 3x

 

 

 

 

6

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

частинний розв’язок неоднорідного рівняння. Загальний розв’язок даного рівняння запишеться так:

y = y + y* = C1e2x + C2e3x + 16 (5 cos 3x sin 3x).

Переходимо до конкретизації сталих C1 і C2 . Умова y(0) =1 набуває вигляду

 

1 = C

+C

2

+

5

.

 

 

 

 

 

1

 

 

 

6

 

Оскільки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

y

= 2C e2x +

3C

e3x

(5sin 3x +cos 3x),

 

 

 

1

2

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

то умова y (0) = 0

рівносильна рівнянню 0 = 2C1 +3C2 0,5.

Розв’язавши лінійну систему

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+C2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C1

+

6

=1,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,5 = 0,

 

2C +3C

 

 

1

 

2

 

 

 

 

 

 

 

дістанемо C1 = 0, C2 = 16 .

Таким чином, розв’язок задачі Коші має вигляд:

y= 16 e3x + 16 (5cos 3x sin 3x).

13.Запишіть загальний вигляд частинного розв’язку рівняння

y′′ − 4 y′ + 20y = xe2x sin 4x.

252

Розв’язання. Характеристичне рівняння k2 4k + 20 = 0 має пару ком-

плексно-спряжених коренів k1,2 = 2 ± 4i .

Контрольне число правої части-

ни — значення z = 2 + 4i (α = 2, β = 4),

яке збігається з коренем характе-

ристичного рівняння. Тому r = 1

і частинний

розв’язок слід шукати у

вигляді

 

 

 

 

 

y* = xe2x ((A x + B ) cos 4x + (A x + B )sin 4x).

1

1

 

 

2

2

14. Запишіть загальний вигляд частинного розв’язку рівняння

y′′ − 2y′ + 5y = e x cos 2x + sin 2x + x .

Розв’язання. Характеристичне рівняння

k2 2k +5 = 0 має пару ком-

плексно-спряжених коренів k1,2

=1± 2i . Частинний розв’язок даного рівнян-

ня шукають у вигляді y* = y*

+ y*

+ y* , де

y* = xex (A cos 2x + B sin 2x) —

1

2

3

 

1

 

частинний розв’язок рівняння

y′′ − 2 y′ + 5y = ex cos 2x (контрольне число

z =1+2i є коренем характеристичного рівняння),

y2* = C cos 2x + D sin 2x

частинний розв’язок рівняння y′′ − 2y′ + 5y = sin 2x (контрольне число

z = 2i

не є коренем характеристичного рівняння),

y3* = Mx + N

— частин-

ний розв’язок рівняння y′′ − 2y′ + 5y = x

(контрольне число z = 0 не є ко-

ренем характеристичного рівняння), де A, B, C, D, M , N — невідомі сталі.

12. Знайдіть загальний розв’язок рівняння

 

 

 

 

y′′ + 5y′ + 6 y =

 

 

1

.

 

 

 

 

1+ e2x

 

 

Розв’язання. Характеристичне рівняння k 2 + 5k + 6 = 0

має корені

k1 = −2

і

k2 = −3 . Отже, загальний

розв’язок

однорідного рівняння

y′′ + 5y′ + 6y = 0 має вигляд

 

 

 

 

 

 

 

 

y = C e2x + C

2

e3x .

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

Функція

f (x) = 1/(1 + e2x ) не належить до вигляду (3.29). Тому застосу-

ємо метод Лагранжа, згідно з яким розв’язок рівняння шукаємо у вигляді

(3.31):

y = C1 (x)e2x + C2 (x)e3x .

253

 

Оскільки

y

 

 

= e2x , y

2

 

= e3x ,

 

y

= −2e2x

, y

 

= −3e3x ,

то для відшу-

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

кання функцій C1 (x) і C2 (x)

 

складаємо і розв’язуємо систему рівнянь

вигляду (3.32):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2x

 

 

 

 

 

3x

= 0,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C e

 

 

+C e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C (2e2x ) +C

(3e3x ) =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1+e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

e2x

 

 

 

 

 

e3x

 

 

= e5x ,

 

 

 

1 =

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

e3x

 

 

=

 

 

e3x

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

3e3x

 

 

 

 

 

 

 

 

2e2x 3e3x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ e2x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1+ e2x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e2x

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

2x

 

 

 

 

 

2x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

=

 

2e

2x

 

 

 

 

 

 

1

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

; C

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

, C

′ = −

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1+ e

2x

 

 

 

1

 

 

1+ e

2x

 

 

 

 

2

1+ e

2x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1+ e2x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C1

 

=

 

 

 

 

e2x

dx =

1

 

d(e2x + 1)

=

 

1

 

ln(1

+ e

2x

)

 

+ C3;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

+ e

2x

2

 

 

 

e

2x

+ 1

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

= −

 

e3xdx

=

 

 

 

ex

 

= t

 

= −

 

t2dt

= −(t arctgt) + C

 

= − (ex arctg ex ) + C .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

1+ e2x

 

 

 

 

exdx = dt

 

 

1+ t2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Отже,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y = e2x

1

ln(1+e2x ) +C

 

e3x

ex

 

arctg ex +C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

загальний розв’язок даного рівняння, де C3 ,C4

 

— довільні сталі.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т.3

ВПРАВИ ДЛЯ АУДИТОРНОЇ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

І

САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Знайдіть загальні розв’язки однорідних рівнянь.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. y′′ − 3y′ + 2 y = 0 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. y′′ − 6 y′ + 8y = 0 .

 

 

 

 

 

 

3. y′′ − 2y′ + y = 0 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. y′′ + 4y′ + 4y = 0 .

 

 

 

 

 

 

5.

y′′ − 2y′ + 2y = 0 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.

 

y′′′ − y′′ − y′ + y = 0 .

 

 

 

 

 

7.

y′′ + y′ + y = 0 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8.

 

y′′′ − 3y′′ + 3y′ − y = 0 .

 

 

 

9.

y′′′ + y = 0 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10.

 

y (4)

 

+ y = 0 .

 

 

 

 

 

 

 

254

11.

y (4)

+ 5y′′ + 4 y = 0 .

12. y (5) + 8y′′′ + 16 y′ = 0 .

13.

y (5)

5y (4) + 12 y′′′ − 16 y′′ + 12 y′ − 4 y = 0 .

Знайдіть загальні розв’язки неоднорідних рівнянь.

14. y′′ − 7 y′ + 12 y = 5 .

15. y′′ − 7 y′ + 6y = sin x .

16. y′′ + y′ + y = 3e2x .

17. y′′ + 2 y′ − 3y = 4ex .

18. y′′ − 8y′ + 7 y = 3x2 + 7x + 8 .

19. y′′ − 2y′ + 4 y = (x + 2) e3x .

20.y′′ − 2y′ = x3 + 2x 1 .

21.y′′ − 6 y′ + 25y = 2 sin x + 3 cos x .

22.y′′ + 2y′ + 5y = 4 sin x + 22 cos x .

23.y′′ + y = (3x + 2) sin 2x + (x 2 + x + 2) cos 2x .

 

 

24.

y′′ + 4 y = sin 2x .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

25.

 

y′′′ − y′′ = −3x + 1 .

 

 

 

 

 

 

 

26.

y′′ − 2y′ + y = 4e x .

 

 

 

 

 

 

 

 

27.

 

y′′ + y = xe x

+ 2ex .

 

 

 

 

 

 

 

Знайдіть загальні розв’язки неоднорідних рівнянь методом варіації до-

вільних сталих.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

28.

y′′ + y =

 

1

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

29.

y′′ − y′ =

2 x

e x .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Розв’яжіть задачі Коші.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

30.

y′′+ 4 y+ 4 y = 3ex , y(0) = y(0) = 0 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

31.

y′′+ 4 y = sin 2x ,

y(0) = y(0) = 0 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Відповіді

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. y = C1ex + C2e2x . 2. y = C1e2x + C2e4x . 3. y = C1ex + C2xex . 4. y = (C1 + C2x)e2x .

5.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

6.

 

 

x

x

 

x

. 7.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

3

12 x

 

y = (C1 cosx+C2 sinx)e

 

.

y = C1e

+ C2xe

+ C3e

 

 

y = C1 cos

 

 

 

 

x + C2 sin

 

x e .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y = C1ex + C2 xex + C3x2ex .

9. y = C1ex +

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

x

 

 

 

2

x

 

8.

 

C2 cos

 

 

 

x + C3 sin

 

 

 

 

x

e2 . 10. y = e 2

×

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

2

 

 

 

2

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

×

 

C cos

 

 

x + C

2

sin

 

 

 

 

x

 

+ e

 

 

 

C cos

 

 

x

+ C

4

sin

 

x .

 

 

 

11. y = C sin x +

 

1

2

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

3

 

2

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

255

+ C2 cos x + C3 sin 2x + C4 cos 2x .

 

 

12.

 

y = C1 + (C2 + C3x) cos 2x + (C4 + C5x)sin 2x .

13.

y = C1ex + C2ex cos x + C3ex sin x + C4xex cos x + C5xex sin x . 14. y = C1e3x + C2e4x +

5

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12

15.

y = C1ex + C2e6x +

7

 

 

5

 

 

 

16. y = e

1

x (C cos

3

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

3

e2x .

cos x +

 

sin x .

2

 

x + C sin

 

 

x) +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

74

 

74

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

 

2

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

17.

y = C e x + C

2

e3x e x .

 

 

 

 

 

 

18.

y = C1ex + C2e7 x +

3

x2 +

97

x +

1126

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

 

 

 

 

49

 

 

 

 

343

 

 

 

 

y = (C1 cos 3x + C2 sin

3x)e

 

 

 

 

 

 

 

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

19.

x

+ e

3x

1

x +

. 20. y = C1

+ C2e

2x

1

x

4

 

1

 

x

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

 

 

8

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

49

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

 

2

3

3x

 

 

 

 

 

 

 

14cos x + 5sin x

 

 

y = 3sin x + 4cos x +

 

x

 

 

x . 21. y = e

 

(C1 cos 4x + C2 sin 4x) +

 

 

 

 

. 22.

8

 

8

 

102

 

+(C cos2x + C sin 2x)ex .

23. y = C cos x + C sin x

9x2 + 9x + 28

cos2x

x + 2

sin 2x .

 

 

 

 

 

 

 

1

 

2

 

 

1

2

 

 

 

27

 

 

 

 

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

24. y = C1 cos 2x + C2 sin 2x

x cos 2x .

25.

y = C ex + C

+ C x +

x3 + x2 . 26. y =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

1

2

 

3

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= (C1 + C2x)ex + 2x2ex.

27.

y = C1 cos x + C2 sin x + ex +

(x 1)ex . 28.

y = (C1 + ln

 

sin x

 

)×

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ex

+ C1 + C2ex .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

×sin x + (C2 x)cos x .

29.

y =

30. y =1,5x2e2x . 31.

y =

cos 2x +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

+ 18 sin 2x .

Т.3 ІНДИВІДУАЛЬНІ ТЕСТОВІ ЗАВДАННЯ

3.1. Знайдіть загальні розв’язки лінійних однорідних рівнянь.

3.1.1.а) y′′ + y′ − 2y = 0 ;

3.1.2.а) y′′ − 4 y′ = 0 ;

3.1.3.а) 2y′′ − y′ − y = 0 ;

3.1.4.а) y′′ + 6 y′ + 13y = 0 ;

3.1.5.а) 2y′′ − 3y′ − 5y = 0 ;

3.1.6.а) y′′ − 9y = 0 ;

3.1.7.а) y′′ − 2y′ − 3y = 0 ;

3.1.8.а) 4y′′ + 4 y′ + 5y = 0 ;

3.1.9.а) 4y′′ − 8y′ + 5y = 0 ;

3.1.10.а) y′′ − 4y′ + 5y = 0 ;

3.1.11.а) y′′ − 4y′ + 29 y = 0 ;

б) y′′ − 2y′ + 5y = 0 . б) y′′ + 4 y′ + 4 y = 0 . б) y′′ − 2y′ + 10 y = 0 . б) y′′ − 4y′ + 4y = 0 . б) y′′ + 2y′ + 10y = 0 .

б) 3y′′ + 12 y′ + 15y = 0 .

б) 3y′′ − 4y′ + 4 y = 0 . б) y′′ + 8y′ + 16 y = 0 . б) y′′ − 8y′ + 20 y = 0 . б) y′′ − 6 y′ + 8y = 0 .

б) y′′ − 7 y′ + 10y = 0 .

256

3.1.12.а) 4y′′ − 4 y′ + y = 0 ;

3.1.13.а) y′′ + 7 y′ + 12y = 0 ;

3.1.14.а) y′′ + 2y′ − 8y = 0 ;

3.1.15.а) 4y′′ − 12y′ + 9y = 0 ;

3.1.16.а) y′′ + y′ + y = 0 ;

3.1.17.а) y′′ + 3y′ + 2y = 0 ;

3.1.18.а) y′′ + 5y′ + 4y = 0 ;

3.1.19.а) y′′ − 7 y′ + 6 y = 0 ;

3.1.20.а) y′′ + 9 y′ + 8y = 0 ;

3.1.21.а) y′′ − 5y′ + 4y = 0 ;

3.1.22.а) y′′ + 4y′ + 13y = 0 ;

3.1.23.а) y′′ − 2y′ + 10 y = 0 ;

3.1.24.а) y′′ − 10 y′ + 9 y = 0 ;

3.1.25.а) y′′ − 12 y′ + 11y = 0 ;

3.1.26.а) 2y′′ − 3y′ + y = 0 ;

3.1.27.а) y′′ − 6y′ + 5y = 0 ;

3.1.28.а) y′′ + 7 y′ − 8y = 0 ;

3.1.29.а) 5y′′ + 2 y′ − 7 y = 0 ;

3.1.30.а) 3y′′ − 5y′ − 8y = 0 ;

б) y′′ + 2y′ + 5y = 0 . б) 4y′′ + 4 y′ + y = 0 . б) 9y′′ − 12y′ + 4y = 0 . б) 5y′′ − 6y′ + 5y = 0 . б) y′′ − 4y′ = 0 .

б) y′′ − 4y′ + 4y = 0 .

б) 9y 12 y′ + 4y = 0 .

б) y′′ − 6y′ + 9y = 0 . б) y′′ − 10y′ + 25y = 0 . б) y′′ + 4y = 0 .

б) y′′ − 6y′ + 9y = 0 .

б) y′′ − 12y′ + 36 y = 0 . б) y′′ + 4 y′ + 13y = 0 . б) y′′ − 2y′ + y = 0 .

б) 25y′′ − 10 y′ + y = 0 . б) 4y′′ − 12y′ + 9y = 0 . б) 36y′′ − 12y′ + y = 0 . б) 16y′′ − 8y′ + y = 0 .

б) 8y′′ − 4y′ + y = 0 .

3.2. Знайдіть загальні розв’язки лінійних однорідних рівнянь.

3.2.1. y′′′ − y′′ + 4 y′ − 4 y = 0 .

3.2.2. y(4)

+ 16 y = 0 .

3.2.3. y′′′ − 2y′′ + y′ − 2 y = 0 .

3.2.4. y (4)

+ 5y′′ + 4 y = 0 .

3.2.5. y′′′ + 2y′′ + 4y′ + 8y = 0 .

3.2.6. y(4)

+ 8y′′ − 9y = 0 .

3.2.7. y′′′ − 4y′′ + 5y′ − 2y = 0 .

3.2.8. y (4)

+ 4 y′′ + 4 y = 0 .

3.2.9. y′′′ − 3y′′ − y′ + 3y = 0 .

3.2.10. y′′′ + 5y′′ + 7 y′ + 3y = 0 .

3.2.11. y (4) 3y′′′ + 3y′′ − 3y′ + 2 y = 0 .

3.2.12. y′′′ − y′′ − 4y′ + 4 y = 0 .

3.2.13. y′′′ + 9y′′ + 27 y′ + 27 y = 0 .

3.2.14. y(4)

13y′′ + 36 y = 0 .

3.2.15. y′′′ − 4y′′ + y′ + 6 y = 0 .

3.2.16. y(4)

+ 2 y′′′ − 2 y′ − y = 0 .

3.2.17. y′′′ + 3y′′ − 9y′ − 27 y = 0 .

3.2.18. y′′′ − 3y′′ + 3y′ − y = 0 .

3.2.19. y′′′ + 2y′′ − 4y′ − 8y = 0 .

3.2.20. y(4)

 

+ 3y′′′ + 3y′′ + y′ = 0 .

3.2.21. y′′′ − 6 y′′ + 12 y′ − 8y = 0 .

3.2.22. y(4)

 

3y′′′ − y′′ + 3y′ = 0 .

257

3.2.23.

y(4)

2 y′′′ + 2 y′′ − 2 y′ + y = 0 .

3.2.24. y (4)

7 y′′′ + 6 y′′ = 0 .

3.2.25.

y′′′ + 3y′′ − 4y′ − 12y = 0 .

3.2.26. y(4)

2y′′′ + 2y′′ = 0 .

3.2. 27.

y(4)

+ 2 y′′′ + 2y′′ + 2 y′ + y = 0 .

3.2.28. y(4)

3y′′ − 4y = 0 .

3.2.29.

y (4)

y′′′ − 3y′′ + y′ + 2 y = 0 .

3.2.30. y′′′ − 2y′′ + 9y′ − 18y = 0 .

3.3. Знайдіть загальні розв’язки лінійних неоднорідних рівнянь із правою частиною спеціального вигляду.

3.3.1.

y′′ − 2 y′ + y = xe x .

3.3.3.

y′′ − 6 y′ + 9 y = e x sin x .

3.3.5.

y′′ − 6 y′ + 9 y = 2x2 2x + 3 .

3.3.7.

y′′ + 4 y′ + 5y = x2 + 3 .

3.3.9.

y′′ + 2 y′ = 2 + x x2 .

3.3.11.

y′′ + 4y′ + 4 y = e2x + e x .

3.3.13.

y′′ + y′ = ex + x + 1 .

3.3.15.

y′′ + y′ − 2 y = e x cos x .

3.3.17.

y′′+ 4y = cos 2x .

3.3.19.

y′′ − 2 y′ + 2 y = e x sin 2x .

3.3.21.

y′′ − 2 y′ + y = e x .

3.3.23.

y′′ + 4 y′ − 5y = xe x .

3.3.25.

y′′ + 2 y′ + 2 y = (x + 1)e x .

3.3.27.

y′′ + 4 y′ + 3y = ex + x2 .

3.3.29.

y′′ − 3y′ + 2 y = e2x .

3.3.2.

y′′ + y = x sin x .

3.3.4.

y′′+ 2 y+5y = ex sin 2x .

3.3.6.

y′′ − 2 y′ + 2 y = e x cos x .

3.3.8.

y′′ − 3y′ + 2y = 2xe x .

3.3.10.4 y′′ − 16 y′ + 15y = e1,5x .

3.3.12.y′′ − y′ = 2x2 .

3.3.14.y′′ + 2y′ + 10 y = xex .

3.3.16.y′′ + 2 y′ + y = ex + sin x .

3.3.18.y′′ + 9 y = xe3x .

3.3.20.

y′′ + 9 y = e3x .

3.3.22.

y′′ − 3y′ = 1 2x x2 .

3.3.24.

y′′ − 4 y′ + 4 y = e2x .

3.3.26.

y′′ + 2y′ + 5y = cos x .

3.3.28.

y′′ + 4y′ + 8y = cos 2x .

3.3.30.

y′′ − 8y′ = sin 4x + x .

3.4. Розв’яжіть задачі Коші для рівнянь другого порядку.

3.4.1.y′′ + 4y′ + 8y = sin 4x ,

3.4.2.y′′ − 3y′ + 2y = e x ,

3.4.3.y′′ + y′ + y = cos 2x ,

3.4.4.y′′ − 4y′ + 3y = x2 3x ,

3.4.5.y′′ + 2 y′ + 5y = e2x ,

3.4.6.y′′ − 10 y′ + 9 y = xex ,

3.4.7.y′′ − 4 y′ + 4 y = e2x ,

y(0) = 0 ,

y(0) = 1.

y(0) = 2 ,

y(0) = 1.

y(0) = −1,

y(0) = 3 .

y(0) = 2 ,

y(0) = 4 .

y(0) = 0 ,

y(0) = 0 .

y(0) = 1 ,

y(0) = 0 .

y(0) = 1 ,

y(0) = 1.

258

3.4.8.y′′ − 2y′ + 2 y = 3x 2 ,

3.4.9.y′′ + 5y′ − 6y = e4x ,

3.4.10.y′′ + 2 y′ + 10 y = x2 4 ,

3.4.11.y′′ − 4 y′ = x2 5x + 2 ,

3.4.12.y′′ − 2 y′ + y = ex ,

3.4.13.y′′ + 9y = sin 3x ,

3.4.14.y′′ + 2 y′ + 2 y = e x sin 3x ,

3.4.15.y′′ + 2 y′ + y = ex ,

3.4.16.y′′ + y′ − 2 y = e2x sin x ,

3.4.17.y′′ + 6y′ + 9 y = e3x ,

3.4.18.y′′ + 4y′ + 5y = e2x ,

3.4.19.4 y′′ − 16 y′ + 15y = x2 1,

3.4.20.4 y′′ + 4 y′ + 5y = xe x ,

3.4.21.y′′ − 3y′ + 2 y = e2x ,

3.4.22.y′′ + 4y′ + 5y = x2 + 2x ,

3.4.23.y′′ − 2y′ + 2 y = e x cos x ,

3.4.24.y′′ − 6y′ + 9y = 2x2 + 5 ,

3.4.25.2y′′ − y′ − y = ex + x ,

3.4.26.y′′ − 2y′ + 10 y = cos x ,

3.4.27.4y′′ − 8y′ + 5y = xex ,

3.4.28.3y′′ − 12y′ + 4y = ex sin2x ,

3.4.29.y′′ − 4 y′ = 2x2 + 3x 1 ,

3.4.30.y′′ − 8y′ + 16 y = e4x ,

y(0) = −2 ,

y(0) = 2 .

y(0) = 3 ,

y(0) = 2 .

y(0) = 0 ,

y(0) = 4 .

y(0) = 0 ,

y(0) = −1 .

y(0) = 3 ,

y(0) = 5 .

y(0) = 2 ,

y(0) = −1 .

y(0) = 1 ,

y(0) = 3 .

y(0) = 4 ,

y(0) = 0 .

y(0) = −5 ,

y(0) = 1.

y(0) = −3 ,

y(0) = 2 .

y(0) = 2 ,

y(0) = 6 .

y(0) = 3 ,

y(0) = −1 .

y(0) = 4 ,

y(0) = −1 .

y(0) = 1 ,

y(0) = 0 .

y(0) = 1 ,

y(0) = 4 .

y(0) = 2 ,

y(0) = −5 .

y(0) = 0 ,

y(0) = 3 .

y(0) = 0 ,

y(0) = 0 .

y(0) = −1,

y(0) = −3 .

y(0) = 2 ,

y(0) = −4 .

y(0) = 1 ,

y(0) = 5 .

y(0) = 6 ,

y(0) = −2 .

y(0) = 3 ,

y(0) = 8 .

3.5. Розв’яжіть рівняння, використовуючи метод Лагранжа.

3.5.1.

y′′ − 2 y′ + y =

 

ex

 

 

3.5.2.

y′′ − 2y

+ y =

 

ex

 

 

 

.

 

 

 

 

.

2x + 1

x2

+ 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.5.3. y′′ − 4y′ + 3y = ln(1+ ex ) .

3.5.4. y′′ + 4 y = tg2 2x .

3.5.5.

y′′ − 3y′ + 2y =

e2x

3.5.6.

y′′ + y =

 

x

 

 

 

 

 

.

 

 

.

 

 

(1 + e x )2

 

cos3 x

 

 

259

3.5.7. y′′ − 4 y′ + 4 y = e2x ln(x2 + 1) .

3.5.9.

y′′ + 4 y =

 

1

 

 

 

 

 

.

 

 

 

+ cos2

 

 

 

 

 

 

 

3

2x

 

 

 

3.5.11.

y′′ +

y =

 

 

1

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin2 x + 2

 

 

 

 

 

3.5.13. y′′ − 2y′ + 2 y = ex tg x .

 

3.5.15.

y′′ −

2y′ +

2y =

 

e x

 

 

.

 

 

 

sin x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.5.17.

y′′ − 4 y′ +

5y =

 

e2x sin x

 

.

sin2

 

x + 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.5.19. y′′ − 4y′ + 5y =

 

 

 

 

e

2x

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 + sin 2 x

3.5.21.

y′′ +

2y′ + y =

 

 

e

x

 

 

.

 

 

x2

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.5.23. y′′ + 3y′ + 2y = cos(e x ) .

3.5.25. y′′ + 5y′ + 6y = ex ln(1 + e x ) .

3.5.27. y′′ + 2y′ + y = ex ln x .

3.5.29. y′′ + 9y = cos 3x . sin2 3x + 1

3.5.8. y′′ + 2y′ + y = ex ln(x2 + 4) .

3.5.10. y′′ + y =

1

 

.

 

sin 3

 

 

 

 

x

3.5.12. y′′ − y =

 

e3x

 

 

 

.

 

 

 

 

 

1e2x

3.5.14. y′′ − 2y′ =

e3x

.

 

 

1 e2x

3.5.16. y′′ − 3y′ + 2y = sin(ex ) .

3.5.18. y′′ − 4y′ + 4y = x +x1 e2x .

3.5.20. y′′ + 2 y′ + y = ex arctg x .

3.5.22. y′′ − 3y′ + 2y =

 

e x

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

e x + 1

3.5. 24.

y′′ + 4y′ + 3y = arctg(ex ) .

3.5.26.

y′′ + y =

sin x

 

.

 

 

 

 

 

 

 

cos2 x 2

3.5.28. y′′ + 2 y′ + y = 3

xex .

3.5.30. y′′ − 2y′ + y = ex

1x .

Тема 4. СИСТЕМИ ДИФЕРЕНЦІАЛЬНИХ РІВНЯНЬ

Нормальна система диференціальних рівнянь. Методи виключення та інтегровних комбінацій розв’язання систем диференціальних рівнянь у нормальній формі. Системи диференціальних рівняньзісталимикоефіцієнтами. Узагальненийметод Ейлера.

Література: [2, розділ 3, п. 3.3], [3, розділ 8, § 6], [4, розділ 8, § 26], [6, розділ11, п. 11.5], [7, розділ13, § 29—30], [8, 2 част., § 6].

260