Построить график функции Точки разрыва функции Построение графика методом дифференциального исчисления Создание схемы логических элементов
Примеры решений Ранг матрицы Умножение матриц Метод Гаусса
Найти производную Найти интеграл Решение СЛАУ методом Крамера
Диф уравнения онлайн Определитель матрицы Точки разрыва функции

Линейные дифференциальные уравнения с постоянными коэффициентами. Специальная часть Ax + B

Пример 1. y'' - y' - 6 = 2x
Решение уравнения будем искать в виде y = erx через сервис линейные дифференциальные уравнения. Для этого составляем характеристическое уравнение линейного однородного дифференциального уравнения с постоянными коэффициентами:
r2 - r - 6 = 0
D = (-1)2 - 4 • 1 • (-6) = 25


Корни характеристического уравнения:
r1 = 3
r2 = -2
Следовательно, фундаментальную систему решений составляют функции:
y1 = e3x
y2 = e-2x
Общее решение однородного уравнения имеет вид:

Рассмотрим правую часть:
f(x) = 2x
Поиск частного решения.
Линейное дифференциальное уравнение с постоянными коэффициентами и правой частью вида:
R(x) = eαx(P(x)cos(βx) + Q(x)sin(βx)), где P(x), Q(x) - некоторые полиномы
имеет частное решение
y(x) = xkeαx(R(x)cos(βx) + S(x)sin(βx))
где k - кратность корня α+βi характеристического полинома соответствующего однородного уравнения, R(x), S(x) - полиномы, подлежащие определению, степень которых равна максимальной степени полиномов P(x), Q(x).
Здесь P(x) = 2x, Q(x) = 0, α = 0, β = 0.
Следовательно, число α + βi = 0 + 0i не является корнем характеристического уравнения .
Уравнение имеет частное решение вида:
y* = Ax + B
Вычисляем производные:
y' = A
y'' = 0
которые подставляем в исходное дифференциальное уравнение:
y'' -y' -6y = -A -6(Ax + B) = 2x
или
-6Ax-A-6B = 2x
Приравнивая коэффициенты при одинаковых степенях х, получаем систему уравнений:
-6A = 2
-1A -6B = 0
Из первой строки выражаем А = 2/(-6) = -1/3, которое подставляем во вторую строку: 1/3 = 6B
A = -1/3;B = 1/18;
Частное решение имеет вид:
y* = -1/3x + 1/18
Таким образом, общее решение дифференциального уравнения имеет вид:

Решение было получено и оформлено с помощью сервиса:
Дифференциальные уравнения

Пример 2. y’’ -2y’ + y = x-1
Данное дифференциальное уравнение относится к линейным дифференциальным уравнениям с постоянными коэффициентами.
Решение уравнения будем искать в виде y = erx. Для этого составляем характеристическое уравнение линейного однородного дифференциального уравнения с постоянными коэффициентами:
r2 -2 r + 1 = 0
D = (-2)2 - 4 • 1 • 1 = 0


Корни характеристического уравнения:
Корень характеристического уравнения r1 = 1 кратности 2.
Следовательно, фундаментальную систему решений составляют функции:
y1 = ex
y2 = xex
Общее решение однородного уравнения имеет вид:

Рассмотрим правую часть:
f(x) = x-1
Поиск частного решения.
Линейное дифференциальное уравнение с постоянными коэффициентами и правой частью вида:
R(x) = eαx(P(x)cos(βx) + Q(x)sin(βx)), где P(x), Q(x) - некоторые полиномы
имеет частное решение
y(x) = xkeαx(R(x)cos(βx) + S(x)sin(βx))
где k - кратность корня α+βi характеристического полинома соответствующего однородного уравнения, R(x), S(x) - полиномы, подлежащие определению, степень которых равна максимальной степени полиномов P(x), Q(x).
Здесь P(x) = x-1, Q(x) = 0, α = 0, β = 0.
Следовательно, число α + βi = 0 + 0i не является корнем характеристического уравнения .
Уравнение имеет частное решение вида:
y* = Ax + B
Вычисляем производные:
y' = A
y'' = 0
которые подставляем в исходное дифференциальное уравнение:
y'' -2y' + y = -2A + (Ax + B) = x-1
или
A•x-2A+B = x-1
Приравнивая коэффициенты при одинаковых степенях х, получаем систему уравнений:
A = 1
-2A + B = -1
Откуда: A = 1;B = 1;
Частное решение имеет вид:
y* = x + 1
Таким образом, общее решение дифференциального уравнения имеет вид:

Пример 3. y’’ +6y’ + 9y = 9x2+12x-43

Данное дифференциальное уравнение относится к линейным дифференциальным уравнениям с постоянными коэффициентами.
Решение уравнения будем искать в виде y = erx. Для этого составляем характеристическое уравнение линейного однородного дифференциального уравнения с постоянными коэффициентами:
r2 +6 r + 9 = 0
D = 62 - 4 • 1 • 9 = 0


Корни характеристического уравнения:
Корень характеристического уравнения r1 = -3 кратности 2.
Следовательно, фундаментальную систему решений составляют функции:
y1 = e-3x
y2 = xe-3x
Общее решение однородного уравнения имеет вид:

Рассмотрим правую часть:
f(x) = 9•x2+12•x-43
Поиск частного решения.
Линейное дифференциальное уравнение с постоянными коэффициентами и правой частью вида:
R(x) = eαx(P(x)cos(βx) + Q(x)sin(βx)), где P(x), Q(x) - некоторые полиномы
имеет частное решение
y(x) = xkeαx(R(x)cos(βx) + S(x)sin(βx))
где k - кратность корня α+βi характеристического полинома соответствующего однородного уравнения, R(x), S(x) - полиномы, подлежащие определению, степень которых равна максимальной степени полиномов P(x), Q(x).
Здесь P(x) = 9•x2+12•x-43, Q(x) = 0, α = 0, β = 0.
Следовательно, число α + βi = 0 + 0i не является корнем характеристического уравнения .
Уравнение имеет частное решение вида:
y* = Ax2 + Bx + C
Вычисляем производные:
y' = 2•A•x+B
y'' = 2•A
которые подставляем в исходное дифференциальное уравнение:
y'' + 6y' + 9y = 2•A + 6(2•A•x+B) + 9(Ax2 + Bx + C) = 9•x2+12•x-43
или
9•A•x2+12•A•x+2•A+9•B•x+6•B+9•C = 9•x2+12•x-43
Приравнивая коэффициенты при одинаковых степенях х, получаем систему уравнений:
9A = 9
12A + 9B = 12
2A + 6B + 9C = -43
Решая ее методом Гаусса, находим:
A = 1;B = 0;C = -5;
Частное решение имеет вид:
y* = x2 -5
Таким образом, общее решение дифференциального уравнения имеет вид:
y = C1 e-3x + C2 xe-3x + x2 -5

Перейти к онлайн решению своей задачи

см. также:

  1. Сборник решений линейных дифференциальных уравнений с постоянными коэффициентами
  2. Линейные дифференциальные уравнения с постоянными коэффициентами. Специальная часть cos(x),sin(x)
  3. Линейные дифференциальные уравнения с постоянными коэффициентами. Специальная часть ex*(Ax + B)
  4. Линейные дифференциальные уравнения с постоянными коэффициентами. Специальная часть exp(x),cos(x),sin(x)
  5. Линейные дифференциальные уравнения с постоянными коэффициентами. Специальная часть Ax + B