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khangminh22
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āđāļāļāļŠāļēāļĢāļāļĢāļ°āļāļāļāļāļēāļĢāļŠāļāļāļ§āļāļē531208
Method of Differential Equations
in Metallurgical Engineering
āļ§āļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļ§āļĻāļ§āļāļĢāļĢāļĄāđāļĨāļŦāļāļēāļĢ
āļāļĻ.āļāļĢ.āđāļāļĐāļāļē āļāļāļāļāļāļŠāļēāļāļēāļ§āļāļēāļāļāļāļĻāļēāļŠāļāļĢāļŠāļģāļāļāļ§āļāļēāļ§āļāļĒāļēāļĻāļēāļŠāļāļĢ
āļĄāļŦāļēāļ§āļāļĒāļēāļĨāļĒāđāļāļāđāļāđāļĨāļĒāļŠāļĢāļāļēāļĢ
āļŠāļēāļĢāļāļ
1 āļāļāļāļģ 11.1 āļāļāļāļĒāļēāļĄāđāļĨāļ°āļāļēāļĢāļāļģāđāļāļāļāļĢāļ°āđāļ āļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ . . . . . . . . . . . 11.2 āļāļēāļĢāļāļĢāļ°āļĒāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.3 āļāļĨāđāļāļĨāļĒ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.4 āļŠāļĢāļ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2 āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŦāļāļ 112.1 āļĢāļāđāļāļāļĄāļēāļāļĢāļāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŦāļāļ . . . . . . . . . . . . 112.2 āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļĒāļēāļāļāļēāļĒ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122.3 āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĒāļāļāļāđāļ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132.4 āļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192.5 āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212.6 āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļŠāļ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282.7 āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļĢāļāļĨāļĨ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332.8 āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļĄāļāļāļĢāļ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362.9 āļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļāļāļĢāļāļāļ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.9.1 āļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļāļāļĢāļāļāļ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462.9.2 āļāļēāļĢāļŦāļēāļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļāļāļĢāļāļāļ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.10 āļŠāļĢāļ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
3 āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļ 573.1 āļāļģāļāļ§āļāđāļāļāļāļāļ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
3.1.1 āļĢāļāđāļāļāđāļĨāļ°āļāļāļŠāļĄāļāļāļāļāļāļāļģāļāļ§āļāđāļāļāļāļāļ . . . . . . . . . . . 58āļŠāļēāļĢāļāļ āļ
āļ āļŠāļēāļĢāļāļ
3.1.2 āļāļģāļāļ§āļāđāļāļāļāļāļāđāļāđāļāļāđāļĢāļāļēāļāļāļ . . . . . . . . . . . . . . . . . 603.1.3 āļāļāļāļāļāđāļĨāļāļāļāļģāļĨāļāđāļāļāļāļāļ āđāļĨāļ° āđāļāļĨāļāļĨāļŠāļāļāļāļāļāļāļāļāđāļĨāļāļ
āļāļģāļĨāļāđāļāļāļāļāļ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 613.1.4 āļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļŦāļāļēāļĄ . . . . . . . . . . . . . . . 63
3.2 āļĢāļāđāļāļāļĄāļēāļāļĢāļāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļ . . . . . . . . . . . . 683.3 āļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 693.4 āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļŠāļ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 733.5 āļāļĪāļĐāļāļāļāļĄāļĨāļāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 753.6 āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļāļāļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§ . . . . . . . . . . . . . 83
3.6.1 āļāļĢāļāļĢāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļāđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļāđāļ āđ āļāđāļāļāļāļēāļāļāļ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
3.6.2 āļāļĢāļāļĢāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļāđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļāļāđāļŦāļĄāļāļāļāļ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
3.6.3 āļāļĢāļāļĢāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļāđāļāļāļāļģāļāļ§āļāđāļāļāļāļāļ āļāļāđāļāļāļŠāļāļĒāļāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāđāļĨāļ°āļāļ . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
3.6.4 āļŠāļĢāļ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 913.7 āļāļēāļĢāđāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļŦāļāļāļŦāļēāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļŦāļāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļ . . . . . . 943.8 āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
3.8.1 āļĢāļ°āđāļāļĒāļāļ§āļāđāļāļĒāļāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļ . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1013.8.2 āļāļēāļĢāđāļāļĢāļāļāļāļāļāļāļ§āđāļāļĢāđāļŠāļĢāļĄ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1173.8.3 āļŠāļĢāļ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
3.9 āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļ-āļāļāļĒāđāļĨāļāļĢ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1283.10 āļĢāļāđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļāļāđāļāļāđāļāđāļāļāļāļŦāļĄāļ . . . . . . 133
4 āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļ 1354.1 āļāļĪāļĐāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļ . . . . . . . . . . . . . . . 1354.2 āļāļĪāļĐāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1384.3 āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļāļāļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§ . . . . . . . . . . . . . 145
āļŠāļēāļĢāļāļ āļ
4.3.1 āļāļĢāļāļĢāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļāđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļāđāļ āđ āļāđāļāļāļāļēāļāļāļ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
4.3.2 āļāļĢāļāļĢāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļāđāļāļāļāļģāļāļ§āļāđāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļēāļāļāļ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
4.3.3 āļāļĢāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļāļĄāļĢāļēāļāļāļģ . . . . . . . . . . . . . . 1494.3.4 āļāļĢāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļāļĄāļĢāļēāļāļāļĢāļ°āļāļāļāļāļ§āļĒāđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļ
āļāļģāļāļ§āļāđāļāļāļāļāļ āđāļĨāļ°āļĢāļēāļāļāļģ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1514.4 āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
4.4.1 āļāļĪāļĐāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ . . . . . . . . . . . . . 1544.4.2 āļĢāļ°āđāļāļĒāļāļ§āļāđāļāļĒāļāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļ . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1594.4.3 āļāļēāļĢāđāļāļĢāļāļāļāļāļāļāļ§āđāļāļĢāđāļŠāļĢāļĄ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
5 āļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļ 1795.1 āļāļāļāļĒāļēāļĄ āļŠāļāļĨāļāļĐāļ āđāļĨāļ° āļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļāļēāļāļāļāļāļāļ . . . . . . . . 1795.2 āļāļāļŠāļĄāļāļāļāļāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
5.2.1 āļāļēāļĢāļĄāļāļĢāļāļāļāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļ . . . . . . . . . . 1835.2.2 āļāļ§āļēāļĄāđāļāļāđāļāļāđāļŠāļāļāļāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļ . . . . . . . . . . . . . 1855.2.3 āļāļēāļĢāđāļĨāļāļāļāļāļēāļāđāļāđāļāļ§āđāļāļ s . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1875.2.4 āļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļ . . . . . . . . . . . . . . . . . 1885.2.5 āļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļĨ . . . . . . . . . . . . . . . . . 1905.2.6 āļāļāļāļāļāļāļāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļ . . . . . . . . . . . . . . . . . 1925.2.7 āļāļāļāļāļĢāļĨāļāļāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļ . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
5.3 āđāļāļāļāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1965.4 āļāļēāļĢāļāļĢāļ°āļĒāļāļāđāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāđāļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļ . . . . 207
6 āļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļĢāļāļāļāļāļĢāļĄāļāļģāļĨāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ 2156.1 āļāļāļāļĒāļēāļĄāđāļĨāļ°āļāļĪāļĐāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļĄāļāļģāļĨāļ . . . . . . . . . . . . . . . 2166.2 āļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļĒāđāļāļāļāļāļĢāļĄāļāļģāļĨāļ . . . . . . . . . . 221
āļāļāļ 1āļāļāļāļģ
āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļŠāļ§āļāļŠāļģāļāļāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļāļĻāļēāļŠāļāļĢāļ§āļāļĒāļēāļĻāļēāļŠāļāļĢāļ§āļĻāļ§āļāļĢāļĢāļĄāļĻāļēāļŠāļāļĢ āđāļāļĐāļāļĢ-āļĻāļēāļŠāļāļĢ āđāļāļāļĒāļĻāļēāļŠāļāļĢ āđāļĨāļ°āļŠāļēāļāļēāļāļ āđ āļāļāļĄāļēāļāļĄāļēāļĒ āđāļāļāļāļāļ§āļĒāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļģāđāļāđāļāļāļāļāļēāļĒāļāļĢāļēāļāļāļāļēāļĢāļāļāļēāļāļāļĢāļĢāļĄāļāļēāļāđāļāđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļĄāļēāļ āļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļēāļĢāļĻāļāļĐāļēāļ§āļāļēāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāđāļāđāļāļāļāļāļ āļāļ°āđāļĢāļĄāļāļāļāļ§āļĒ āļāļēāļĢāļĻāļāļĐāļē āļāļāļāļĒāļēāļĄ āļāļēāļĢāļāļģāđāļāļāļāļĢāļ°āđāļ āļ āđāļĨāļ° āļāļĨāđāļāļĨāļĒ āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ
1.1 āļāļāļāļĒāļēāļĄāđāļĨāļ°āļāļēāļĢāļāļģāđāļāļāļāļĢāļ°āđāļ āļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļĒāļēāļĄ 1.1 (āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ). āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ (differential equation) āļāļ āļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļāļĄāļāļāļāļāļāļ āļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāđāļĄāļāļĢāļēāļāļāļē āđāļāļĒāļāļāļ āļāļ§āđāļāļĢāļāļŠāļĢāļ° āļŦāļāļāļāļ§āļŦāļĢāļ āļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāđāļĄāļāļĢāļēāļāļāļē āđāļāļĒāļāļāļ āļāļ§āđāļāļĢāļāļŠāļĢāļ° āļŦāļĨāļēāļĒāļāļ§āļāļ§āļāļĒāļēāļ 1.1.
dy
dx+ y = 0 (1.1)
dy
dx+ y = eâx2 (1.2)
(dy
dx
)2
+ xydy
dx= sin(xy) (1.3)
d2y
dx2+ xy
(dy
dx
)2
=y
x+
x
y(1.4)
yâēâēâē + xyâē + x2y = x3 (1.5)âu
âs+
âu
ât= u (1.6)
â2w
âx21
+â2w
âx22
+â2w
âx23
= 0 (1.7)ut = c2uss (1.8)
utt + uuxx = 0 (1.9)āļāļēāļāļāļ§āļāļĒāļēāļāļāļēāļāļāļāļāļāļ§āļē y āđāļāļāļāļāļāļāļāđāļĄāļāļĢāļēāļāļāļē āļāļāļāļāļ§āđāļāļĢ x, u āđāļāļāļāļāļāļāļāđāļĄāļāļĢāļēāļāļāļē
1
2 āļāļāļ 1. āļāļāļāļģ
āļāļāļāļāļ§āđāļāļĢ s āđāļĨāļ° t āđāļĨāļ° w āđāļāļāļāļāļāļāļāđāļĄāļāļĢāļēāļāļāļēāļāļāļāļāļ§āđāļāļĢ x1, x2 āđāļĨāļ° x3 āđāļāļāļāđāļĢāļēāđāļĢāļĒāļāļāļ§āđāļāļĢ u, w āđāļĨāļ° y āļ§āļē āļāļ§āđāļāļĢāđāļĄāļāļŠāļĢāļ° (dependent variable) āđāļĨāļ°āđāļĢāļĒāļāļāļ§āđāļāļĢ x, s, t, x1, x2 āđāļĨāļ°x3 āļ§āļē āļāļ§āđāļāļĢāļāļŠāļĢāļ° (independent variable)āļŠāļģāļŦāļĢāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (1.1)-(1.5) āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāđāļĄāļāļĢāļēāļāļāļēāđāļāļĒāļāļāļāļāļ§āđāļāļĢ
āļāļŠāļĢāļ°āļŦāļāļāļāļ§āđāļāļĢ āđāļĢāļēāđāļĢāļĒāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļāļāļĨāļēāļ§āļāļ§āļēāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļ (ordinary differential e-quation, ODE) āđāļĨāļ° āļŠāļĄāļāļēāļĢ (1.6)-(1.9) āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāđāļĄāļāļĢāļēāļāļāļēāđāļāļĒāļāļāļāļāļ§āđāļāļĢāļāļŠāļĢāļ°āļĄāļēāļāļ§āļēāļŦāļāļāļāļ§āđāļāļĢ āđāļĢāļēāđāļĢāļĒāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļāļāļĨāļēāļ§āļāļ§āļēāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļĒāļāļĒ (partial differ-ential equation, PDE)āđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļĒāļāļāļĢāļ°āđāļ āļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļāđāļāļ āļāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļŠāļāļ
āļāļĢāļēāļāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļāļāļĒāļēāļĄ 1.2 (āļāļāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ). āļāļāļāļ (order) āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ āļŦāļĄāļēāļĒāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļŠāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļēāļāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļēāļāļāļ§āļāļĒāļēāļ 1.1âĒ āļŠāļĄāļāļēāļĢ (1.1)-(1.3) āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļŦāļāļâĒ āļŠāļĄāļāļēāļĢ (1.6) āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļĒāļāļĒāļāļāļāļāļŦāļāļâĒ āļŠāļĄāļāļēāļĢ (1.4) āđāļĨāļ° (1.5) āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļŠāļāļāđāļĨāļ°āļŠāļēāļĄ āļāļēāļĄāļĨāļģāļāļâĒ āđāļĨāļ° āļŠāļĄāļāļēāļĢ (1.7) āđāļĨāļ° (1.9) āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļĒāļāļĒāļāļāļāļāļŠāļāļāļāļāļāļāļēāļāļ āđāļāļāļģāļāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļēāļĢāļĻāļāļĐāļēāđāļĢāļāļāđāļŠāļ āđāļĨāļ° āļĢāļ°āļāļēāļ āđāļāđāļĢāļāļēāļāļāļ āđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļāļ
āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļēāļĄāļĨāļāļĐāļāļ°āļāļ§āļēāļĄāđāļāļāđāļāļāđāļŠāļāđāļāļāļāļāļĒāļēāļĄ 1.3 (āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļŠāļ). āđāļĢāļēāđāļĢāļĒāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļāļĒāđāļāļĢāļ
an(x)dny
dxn+ anâ1(x)
dnâ1y
dxnâ1+ · · ·+ a1(x)
dy
dx+ a0(x)y = b(x),
āđāļĄāļ an(x) āđāļĄāđāļāļēāļāļāļĻāļāļĒāļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļ āđ āļāļē x āļ§āļē āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāđāļāļāđāļŠāļāļāļāļāļ n (linearordinary differential equation of order n) āđāļĨāļ°āđāļĢāļĒāļ āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļ āļāđāļĄāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļāļĒāļāļāļĒāđāļāļĢāļāļāđāļāļ§āļē āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāđāļĄāđāļāļāđāļŠāļ (nonlinear ordinary differential equation)
1.1. āļāļāļāļĒāļēāļĄāđāļĨāļ°āļāļēāļĢāļāļģāđāļāļāļāļĢāļ°āđāļ āļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ 3
āļāļēāļāļāļ§āļāļĒāļēāļ 1.1âĒ āļŠāļĄāļāļēāļĢ (1.1) āđāļĨāļ° (1.2) āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāđāļāļāđāļŠāļāļāļāļāļāļŦāļāļâĒ āļŠāļĄāļāļēāļĢ (1.5) āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāđāļāļāđāļŠāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄâĒ āđāļ āļŠāļĄāļāļēāļĢ (1.3) āđāļĨāļ° (1.4) āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāđāļĄāđāļāļāđāļŠāļāđāļĨāļ°āđāļĢāļēāļĒāļāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļāļāđāļĒāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāđāļāļāđāļŠāļāđāļāļāļēāļĄāļāļāļŠāļĄāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļ
āļāļāļāļāļ§āđāļāļĢāđāļĨāļ°āļāļāļāļāļ āļāļāļĢāļēāļāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļŠāļāđāļāđāļāļ āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāđāļāļāđāļŠāļāļāļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§ (constant coefficient linear ordinary differential equation) āđāļĨāļ° āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāđāļāļāđāļŠāļāļāļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāđāļāļāļāļ§āđāļāļĢ (variable coefficient linear ordinary differ-ential equation)āļāļēāļāļāļ§āļāļĒāļēāļ 1.1 āļŠāļĄāļāļēāļĢ (1.1) āđāļĨāļ° (1.2) āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāđāļāļāđāļŠāļāļāļāļāļāļŦāļāļāļ
āļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§ āđāļĨāļ° āļŠāļĄāļāļēāļĢ (1.5) āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāđāļāļāđāļŠāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāđāļāļāļāļ§āđāļāļĢ
āđāļāļāļāļāļŦāļāļāļāļĢāļ°āļāļ§āļēāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļēāļāļĨāļēāļāļāļāđāļāļāđāļāļ āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļ āļŦāļĢāļ āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļĒāļāļĒ
āļāļĢāļāļĄāļāļāļĢāļ°āļ āļāļāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĨāļ° āļŠāļģāļŦāļĢāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļ āđāļŦāļĢāļ°āļāļāļ§āļĒāļ§āļēāđāļāļ āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļŠāļ āļŦāļĢāļ āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāđāļŠāļ
1. dy
dx+ x2y = xex
2. â2u
âx2+
â2u
ây2= 0
3. d4y
dx4+ 3
(d2y
dx2
)5
+ 5y = 0
4.(
dr
ds
)3
=
âd2r
ds2+ 1
5. ut = (c(x)ux)x
6. 3yâēâē + 4yâē + 9y = 2 cos(3x)
7. d6z
dt6+
(d4z
dt4
)(d3z
dt3
)+ z = t
8. d2y
dx2+ y sin(x) = 0
9. â4u
âx2ây2+
â2u
âx2+
â2u
ây2+ u = 0
10. y(4) + yâēâē + 5y = e5x
(āļāļāļģāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļŦāļāļāļŦāļāļē 235)
4 āļāļāļ 1. āļāļāļāļģ
1.2 āļāļēāļĢāļāļĢāļ°āļĒāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļĨāļēāļ§āđāļ§āļāļēāļāļāļāđāļĨāļ§āļ§āļēāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļĄāļŠāļ§āļāļŠāļģāļāļāđāļāļāļēāļĢāļāļāļāļēāļĒāļāļĢāļēāļāļāļāļēāļĢāļāļāļēāļāļāļĢāļĢāļĄāļāļēāļ
āļĄāļēāļāļĄāļēāļĒ āļāļ§āļāļĒāļēāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļĢāļĢāļĄāļāļēāļāļāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļ āļāļāļāļāļāļēāļĒāđāļāđāļāļĒāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ āļāļēāļāđāļāļâĒ āļāļāļŦāļēāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļāļāļ§āļāļāļāļāļāļĨāļāļāļĒāļēāļāļāļŠāļĢāļ°āļĨāļāļŠāļāļāđāļĨāļ āļāļāļŦāļēāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļāļāđāļāļāđāļāļĢāđāļāļāđāļāļĨ(projectile) āļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļāļāļāļāļāļāļ§āļāļāļēāļ§āđāļāļĢāļ°āļāļāļŠāļĢāļĒāļāļāļĢāļ§āļēāļĨâĒ āļāļāļŦāļēāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļēāļāļĢāļ°āļ āđāļĨāļ° āļāļĢāļ°āđāļŠāđāļāļ§āļāļāļĢāđāļāļāļēâĒ āļāļāļŦāļēāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļēāļāļ§āļēāļĄāļĢāļāļāļāļāļāļ§āļāļâĒ āļāļāļŦāļēāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļāļāļāļāļāļāļĨāļāļāļģ āļāļĨāļāļāļēāļāļēāļĻ āļāļĨāļāļāļĢāļ°āđāļāļ (shock wave) āļāļĨāļāđāļāļāļāļāđāļŦāļ§(seismic wave)âĒ āļāļāļŦāļēāļāļēāļĢāļŠāļāļāļāļāđāļŠāļāđāļāļāļ āļŠāļēāļĒāļāļāļēāļĢ āļāļēāļĢāļŠāļāļāļāļāļŠāļ°āļāļēāļâĒ āļāļāļŦāļēāļāļēāļĢāđāļāļāđāļ-āļĨāļāļĨāļ āļāļāļāļāļĢāļ°āļāļēāļāļĢ āļāļāļŦāļēāļāļ§āļēāļĄāļŠāļĄāļāļĨāļāļāļāļāļĢāļ°āļāļēāļāļĢâĒ āļāļāļŦāļēāđāļĢāļāļāļāļēāļĢāļĻāļāļĐāļēāļāļāļāļĢāļĒāļēāļāļŠāļāļŠ āđāļāļĄâĒ āļāļāļŦāļēāļāļēāļĢāļāļ§āļēāļĄāļāļāļāļāļāđāļŠāļāđāļāļ
āļāļāļāļāļ°āļāļĨāļēāļ§āđāļāļĄāđāļāļĄāđāļāđāļĢāļāļāļ āļāļ°āļāļāļāļĨāļēāļ§āļāļ āļāļāļāļāļ (derivative) āļāļāļ āļāļēāļāđāļāļ§āļāļē āđāļāļĨāļāļĨāļŠ (cal-culus) āđāļĢāļēāļāļĢāļēāļāđāļĨāļ§āļ§āļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļ āļāļāļāļāļĢāļēāļāļēāļĢāđāļāļĨāļĒāļāđāļāļĨāļāļāļāļāļāļāļāļāļ āđāļāļĒāļāļāļāļāļ§āđāļāļĢāđāļĨāļ°āļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļĢāļēāļāļāļāļēāļĢāļāļāļēāļāļāļĢāļĢāļĄāļāļēāļāđāļāļĒāļŠāļ§āļāļĄāļēāļ āļāļāļ°āđāļāļĒāļ§āļāļāļāļāļ āļāļāļĢāļēāļāļēāļĢāđāļāļĨāļĒāļāđāļāļĨāļāļāļāļāļāļĢāļĄāļēāļāļŦāļāļ āļŦāļĢāļ āļŦāļĨāļēāļĒāļāļĢāļĄāļēāļ āđāļāļĒāļāļāļāļāļĢāļĄāļēāļāļāļ āđ āđāļāļāļēāļĢāļŠāļĢāļēāļāļŠāļāļĢāļāļēāļāļāļāļāļĻāļēāļŠāļāļĢāļāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļāļāļēāļĒāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāđāļ āļāļāļ°āļāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļāļāļāļāļĢāļēāļāļēāļĢāđāļāļĨāļĒāļāđāļāļĨāļāļāļēāļāļāļĢāļĢāļĄāļāļēāļāļŦāļĨāļēāļĒ āđāļāļĒāļēāļāļāļāļāļāļĢāļēāļāļēāļĢāđāļāļĨāļĒāļāđāļāļĨāļāļāļēāļāļāļĢāļĢāļĄāļāļēāļāļāļāļāļĨāļēāļ§ āļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļāļāļēāļĒāđāļāđāļāļĒāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļēāļ āđ āđāļĨāļ°āđāļāļĒāļāļāļāļēāļāļ§āļāļĒāļēāļĻāļēāļŠāļāļĢ āđāļĢāļēāļāļ°āļāļģ āļāļāļāļāļāđāļŦāļĨāļēāļāļāļĄāļēāļāļāļāļēāļĒāļāļāļŦāļēāđāļāļĢāļāđāļāļāļāļāļ āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļĻāļēāļŠāļāļĢāļāļĄāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļēāļĄāļēāđāļāļĒāļ§āļāļāļ āļāļāļāļāļāļ āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ āļāļāđāļāļāļŦāļĨāļēāļĒ āđ āļāļāļāļēāļāļāļ°āļĄāļāļģāļāļēāļĄāļ§āļē āđāļĨāļ§āđāļĢāļēāļāļ°āđāļāļāļĢāļ°āđāļĒāļāļāļāļ°āđāļĢ āļŦāļĨāļāļāļēāļāļāđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļ āļŠāļĄāļāļēāļĢ
āđāļāļāļāļāļāļāļ āļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļāļāļāļĢāļēāļāļāļāļēāļĢāļāļāļĢāļĢāļĄāļāļēāļāļāļēāļ āđ āđāļĨāļ§ āļāļģāļāļāļāļāļāļāļāļēāđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāđāļ âāļāļĨāđāļāļĨāļĒâ āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļ°āļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļāļāļģāđāļāđāļāđāļāļāļēāļĢ āļāļāļāļēāļĒ āđāļĨāļ°āļāļģāļāļēāļĒ āļāļĢāļēāļāļāļāļēāļĢāļāļāļĢāļĢāļĄāļāļēāļāļāļāđāļ
1.3. āļāļĨāđāļāļĨāļĒ 5
āļŠāļģāļŦāļĢāļāđāļāļāļŦāļēāļāļāļ°āļāļĨāļēāļ§āļāļāđāļāļ āļēāļĒāļŦāļĨāļāļāļēāļāļ āļāļ°āđāļāļĒāļ§āļāļāļāļāļ āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļ āđāļāļāļāļ§āļēāļĄāļŠāļ°āļāļ§āļ āļāļēāļāļĨāļēāļ§āļāļ âāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ â āļāļ°āļŦāļĄāļēāļĒāļāļ āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļ āļĒāļāđāļ§āļāļ§āļēāđāļāļāļŦāļēāđāļāļŠāļ§āļāļāļāļāļ°āļĢāļ°āļāđāļāļāļāļĒāļēāļāļāļ
1.3 āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļĒāļēāļĄ 1.4 (āļāļĨāđāļāļĨāļĒ). āļāļāļēāļĢāļāļēāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļ n
F
(x, y,
dy
dx, · · · ,
dny
dnx
)= 0, (1.10)
āđāļĄāļ F āđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļ āļāļāļĄāļāļēāļĢāļāļ§āđāļĄāļāļ (arguments) āļāļģāļāļ§āļ n + 2 āļāļēāļĢāļāļ§āđāļĄāļāļāđāļāđāļx, y,
dy
dx, . . . ,
dny
dnx
âĒ āđāļŦ f āđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļ āļāļāļāļĒāļēāļĄāļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļ āđ x āļāļāļāļĒāđāļāļāļēāļāļāļ§āļ I āđāļĨāļ° āļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļŦāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļ f āđāļāļāļāļāļāļāļāļ n āļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļ āđ x â I āļāļēāļāļāļāļāļ f āđāļāļāđāļāļāļēāļĄāđāļāļāļāđāļāļŠāļāļāļāļ āļāļāđāļāļ1. āļāļāļāļāļ
F(x, f(x), f âē(x), . . . , f (n)(x)
)
āļāļāļāļĒāļēāļĄ āļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļ āđ x â I , āđāļĨāļ°2. āđāļĄāļāđāļāļāļāļē y āļāļ§āļĒāļāļāļāļāļ f(x) āđāļĨāļ°āđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļ y āļāļ§āļĒāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļ f(x)
āļāļĄāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļĒāļāļāļāļēāļĄāļĨāļģāļāļ āļĨāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ(1.10) āđāļĨāļ§āļāļģāđāļŦ F āļĄāļāļēāđāļāļāļĻāļāļĒāļāļ āđ āļāļēx āļāļāļĒāđāļ I āļāļāļāļ
F(x, f(x), f âē(x), . . . , f (n)(x)
)= 0
āļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļ āđ x â I (āļŦāļĢāļāđāļāļĒāļāļāļāļāļĒāļēāļāđāļāļ§āļē F (x, f(x), f âē(x), . . . , f (n)(x)
) ⥠0)āđāļĢāļēāļāļ°āđāļĢāļĒāļāļāļāļāļāļ f āļ§āļē āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāđāļāļ (explicit solution)âĒ āļāļāļēāļĢāļāļēāļāļ§āļēāļĄāļŠāļĄāļāļāļ
g(x, y) = 0
āļāļēāđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļāļĢāļ āļŦāļĢāļ āļāļģāđāļŦāļāļ§āļēāļĄāļŠāļĄāļāļāļāļāļāļāļĨāļēāļ§ āļŠāļāļāļāļĨāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāđāļāđāļĢāļēāļāļ°āđāļĢāļĒāļāļāļ§āļēāļĄāļŠāļĄāļāļāļāļāļ§āļē āļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļĒāļāļĢāļĒāļēāļĒ (implicit solution)
6 āļāļāļ 1. āļāļāļāļģ
âĒ āđāļāļāļāļ§āļēāļĄāļŠāļ°āļāļ§āļ āđāļĢāļēāļāļ°āļĢāļ§āļĄāđāļĢāļĒāļ āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāđāļāļ āđāļĨāļ° āļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļĒāļāļĢāļĒāļēāļĒ āļ§āļē āļāļĨāđāļāļĨāļĒ (solu-tion)
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 1.2. āļāļāđāļŠāļāļāļ§āļēāļāļāļāļāļ Ï(x) = x2 â xâ1 āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāđāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļd2y
dx2â 2
x2
dy
dx= 0 (1.11)
āļ§āļāļāļģ āđāļĢāļēāļāļāļ§āļē Ïâē(x) = 2x + xâ2 āđāļĨāļ° Ïâēâē(x) = 2â 2xâ3 āđāļĄāļ x 6= 0
āđāļĄāļāđāļāļāļāļē y āļāļ§āļĒ Ï(x) āđāļāļāļāļē dy
dxāļāļ§āļĒ Ïâē(x) āđāļĨāļ° āđāļāļāļāļē d2y
dx2āļāļ§āļĒ Ïâēâē(x) āļĨāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ
(1.11) āđāļāļ§āļē(2â 2xâ3
)â 2x2
(x2 â xâ1
)=
(2â 2xâ3
)â (2â 2xâ3
) ⥠0
āļāļ āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļĢāļ āļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļ āđ āļāļē x 6= 0 āļŦāļĢāļāļāļĨāļēāļ§āļāļāļāļĒāļēāļāđāļāļ§āļēāļāļāļāļāļ Ï(x) = x2 â xâ1 āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāđāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (1.11) āļāļāļāļ§āļ(ââ, 0) ⊠(0,â)
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 1.3. āļāļāđāļŠāļāļāļ§āļēāļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļēāļāļāļāļ§ c1 āđāļĨāļ° c2 āđāļ āđ āļāļāļāļāļÏ(x) = c1e
âx + c2e2x
āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāđāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļyâēâē â yâē â 2y = 0 (1.12)
āļ§āļāļāļģ āļāļēāļāļāļēāļĢāļāļģāļāļ§āļāļāļāļ§āļē Ïâē(x) = âc1eâx + 2c2e
2x āđāļĨāļ° Ïâēâē(x) = c1eâx + 4c2e
2x
āđāļĄāļāđāļāļāļāļē y, yâē, āđāļĨāļ° yâēâē āļāļ§āļĒ Ï(x), Ïâē(x), āđāļĨāļ° Ïâēâē(x) āļāļēāļĄāļĨāļģāļāļāļĨāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (1.12) āđāļāļ§āļē(c1e
âx + 4c2e2x
)â (âc1eâx + 2c2e
2x)â 2
(c1e
âx + c2e2x
)
= (c1 + c1 â 2c1)eâx + (4c2 â 2c2 â 2c2)e2x ⥠0
āļāļ āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļĢāļ āļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļ āđ āļāļē x āļŦāļĢāļāļāļĨāļēāļ§āļāļāļāļĒāļēāļāđāļāļ§āļēāļāļāļāļāļ Ï(x) = c1e
âx + c2e2x āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāđāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (1.12) āļāļāļāļ§āļ(ââ,â) āļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļēāļāļāļāļ§ c1 āđāļĨāļ° c2 āđāļ āđ
1.3. āļāļĨāđāļāļĨāļĒ 7
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 1.4. āļāļāđāļŠāļāļāļ§āļēāļāļ§āļēāļĄāļŠāļĄāļāļāļx2 + y2 = 25 (1.13)
āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļĒāļāļĢāļĒāļēāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļx + y
dy
dx= 0 (1.14)
āļāļāļāļ§āļ I = [â5, 5]
āļ§āļāļāļģ āđāļĄāļāļāļāļēāļĢāļāļēāļāļ§āļēāļĄāļŠāļĄāļāļāļ (1.13) āļāļāļ§āļēāļāļ§āļēāļĄāļŠāļĄāļāļāļāļāļāļāļĨāļēāļ§āļāļĒāļēāļĄāđāļĄāļ â5 âĪ x âĪ 5 (āļŦāļĢāļx āļāļĒāļēāļĄāļāļāļāļ§āļ [â5, 5]) āđāļĨāļ° â5 âĪ y âĪ 5 āđāļĄāļāļāļāļēāļāļēāđāļŦ y āđāļāļāļāļ§āđāļāļĢāđāļĄāļāļŠāļĢāļ°āļāļāļāļāļāļāļ§āđāļāļĢ xāđāļĨāļ°āļŦāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļ§āļēāļĄāļŠāļĄāļāļāļ (1.13) āđāļāļĒāļāļāļ x āđāļĢāļēāļāļ°āđāļ
2x + 2ydy
dx= 0
āļāļāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļāļĢāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļāļāļĨāļēāļ§āđāļāđāļāļx + y
dy
dx= 0
āļāļēāļāļāļēāļĢāļāļģāļāļ§āļāļāļāļāļĨāļēāļ§āļāļāļ§āļē āļāļ§āļēāļĄāļŠāļĄāļāļāļ (1.13) āļŠāļāļāļāļĨāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ (1.14) āļāļāļāļ§āļ I āļāļĢāļāļāđāļŠāļāļāđāļŦāđāļŦāļāļ§āļē āļāļ§āļēāļĄāļŠāļĄāļāļāļ (1.13) āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļĒāļāļĢāļĒāļēāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (1.14) āļāļāļāļ§āļ Iāļāļēāļāļāļ§āļāļĒāļēāļ (1.4) āļāļāļēāļĢāļāļēāļāļ§āļēāļĄāļŠāļĄāļāļāļ
x2 + y2 = â25 (1.15)āļāļāļ§āļēāđāļĄāļāđāļĢāļēāļŦāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļ§āļēāļĄāļŠāļĄāļāļāļ (1.15) āđāļāļĒāļāļāļ x āđāļĢāļēāļāļāļ§āļē
2x + 2ydy
dx= 0
āđāļĄāļāļŦāļēāļĢāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļ§āļĒ 2 āļāļāļŠāļāļāļāļēāļ āđāļĢāļēāļāļ°āđāļx + y
dy
dx= 0
āļāļāđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (1.14) āđāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļ§āļāļĒāļēāļāļāļāļāļŦāļāļēāļ āđāļāđāļĢāļēāđāļĄāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļĨāļēāļ§āđāļāļ§āļēāļāļ§āļēāļĄāļŠāļĄāļāļāļ(1.15) āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļĒāļāļĢāļĒāļēāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (1.14) āđāļāļĢāļēāļ° āļāļ§āļēāļĄāļŠāļĄāļāļāļ (1.15) āđāļĄāļāļĒāļēāļĄāđāļĄāļ x āđāļĨāļ° yāđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļāđāļ āđ
8 āļāļāļ 1. āļāļāļāļģ
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 1.5. āļāļāđāļŠāļāļāļ§āļēāļāļ§āļēāļĄāļŠāļĄāļāļāļy2 â x3 + 8 = 0 (1.16)
āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļĒāļāļĢāļĒāļēāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļdy
dx=
3x2
2y(1.17)
āļāļāļāļ§āļ (2,â)
āļ§āļāļāļģ āđāļĄāļāļāļāļēāļĢāļāļēāļāļ§āļēāļĄāļŠāļĄāļāļāļ (1.16)āļāļāļ§āļēāļāļ§āļēāļĄāļŠāļĄāļāļāļāļāļāļāļĨāļēāļ§āļāļĒāļēāļĄāđāļĄāļx âĨ 2 (āļāļ§āļēāļĄāļŠāļĄāļāļāļāļāļĒāļēāļĄāđāļĄāļ x āļāļĒāđāļāļāļ§āļ [2,â)) āđāļĨāļ° y āđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļāđāļ āđāđāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļāļāļ§āļāļĒāļēāļāļāļāļāļŦāļāļēāļ āđāļĄāļāļāļāļēāļāļēāđāļŦ y āđāļāļāļāļ§āđāļāļĢāđāļĄāļāļŠāļĢāļ°āļāļāļāļāļāļāļ§āđāļāļĢ x
āđāļĨāļ°āļŦāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļ§āļēāļĄāļŠāļĄāļāļāļ (1.16) āđāļāļĒāļāļāļ x āđāļĢāļēāļāļ°āđāļ2y
dy
dxâ 3x2 = 0
āļāļāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļāļĢāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļāļāļĨāļēāļ§āđāļāđāļāļdy
dx=
3x2
2y
āļāļēāļāļāļēāļĢāļāļģāļāļ§āļāļāļāļāļĨāļēāļ§āļāļāļ§āļē āļāļ§āļēāļĄāļŠāļĄāļāļāļ (1.16) āļŠāļāļāļāļĨāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ (1.17) āđāļĄāļx > 2
āļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļĢāļ x = 2 āļāļ§āļēāļĄāļŠāļĄāļāļāļ (1.16) āļāļ°āļŠāļāļāļĨāđāļŦ y2 â 23 â 8 = 0 āļŦāļĢāļāđāļāļ§āļē y = 0 āļāļģāđāļŦāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ (1.17) āđāļĄāļāļĒāļēāļĄ āļāļĢāļāļāđāļŠāļāļāđāļŦāđāļŦāļāļ§āļē āļāļ§āļēāļĄāļŠāļĄāļāļāļ (1.16) āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļĒāļāļĢāļĒāļēāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (1.17) āļāļ āđ āļāļē x āļāļāļĒāđāļāļāļ§āļāđāļāļ (2,â)
1.3. āļāļĨāđāļāļĨāļĒ 9
āđāļāļāļāļāļŦāļ1. āļāļāđāļŠāļāļāļ§āļē āļāļāļāļāļāļāļāļģāļŦāļāļāđāļŦāļāļēāļāļāļ§āļēāļĄāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāđāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ āļāļ āļāļĢāļāļĄāļāļāļŦāļē āļāļāļāđāļāļāļāļāļāļāļ§āđāļāļĢ x āļāļāļģāđāļŦ āļāļāļāļāļāļāļāļāļĨāļēāļ§ āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒ āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ(a) dy
dx+ y = x + 1, f(x) = x + 3eâx
(b) d2y
dx2â 7
dy
dx+ 12y = 0, f(x) = 2e3x â 5e4x
(c) yâēâē â 3yâē + 2y = 4x2, f(x) = ex + 2x2 + 6x + 7
(d) (1 + x2)yâēâē + 4xyâē + 2y = 0, f(x) =1
1 + x2
(e) d2y
dx2+ y = x2 + 2, f(x) = sinx + x2
(f) d2y
dx2+ y = 0, f(x) = 3 cosx + 5 sinx
(g) yâēâē â yyâē + 3y = â2e2x, f(x) = 2e3x â e2x
(h) yâēâē + 4y = â5eâx, f(x) = 3 sin 2x + eâx
2. āļāļāđāļŠāļāļāļ§āļē āļāļ§āļēāļĄāļŠāļĄāļāļāļ āļāļāļģāļŦāļāļāđāļŦ āļāļēāļāļāļ§āļēāļĄāļ āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ āđāļāļ āļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļĒāļāļĢāļĒāļēāļĒ āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ āļāļ āļāļĢāļāļĄāļāļāļŦāļē āļāļāļāđāļāļāļāļāļāļāļ§āđāļāļĢ x āļāļāļģāđāļŦ āļāļāļāļāļāļāļāļāļĨāļēāļ§ āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒ āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ(a) dy
dx=
x
y, x2 â y2 = 6
(b) dy
dx=
2xy
y â 1, y â ln y = x2 + 1
(c) dy
dx=
eâxy â y
eâxy + x, exy + y = xâ 1
(d) dy
dx= 2x sec(x + y)â 1, x2 â sin(x + y) = 1
(e) yâēâē =6xyâē + (yâē)3 sin y â 2 (yâē)2
3x2 â y, sin y + xy â x3 = 2
10 āļāļāļ 1. āļāļāļāļģ
1.4 āļŠāļĢāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ āļāļ āļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļāļĄāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāđāļĄāļāļĢāļēāļāļāļē āđāļāļĒāļāļāļāļāļ§āđāļāļĢ
āļāļŠāļĢāļ°āļŦāļāļāļāļ§āļŦāļĢāļ āļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāđāļĄāļāļĢāļēāļāļāļē āđāļāļĒāļāļāļāļāļ§āđāļāļĢāļāļŠāļĢāļ°āļŦāļĨāļēāļĒāļāļ§ āđāļĢāļēāđāļĢāļĒāļ āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ āļāļĄāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāđāļĄāļāļĢāļēāļāļāļē āđāļāļĒāļāļāļāļāļ§āđāļāļĢāļāļŠāļĢāļ°āļŦāļāļāļāļ§ āļ§āļē āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļ āđāļĨāļ° āđāļĢāļĒāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ āļāļĄāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāđāļĄāļāļĢāļēāļāļāļēāđāļāļĒāļāļāļāļāļ§āđāļāļĢāļāļŠāļĢāļ°āļŦāļĨāļēāļĒāļāļ§ āļ§āļē āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļĒāļāļĒāļāļāļāļ āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļ āđāļĨāļ° āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļĒāļāļĒ āļŦāļĄāļēāļĒāļāļ āļāļāļāļāļŠāļāļŠāļ āļāļāļ
āļāļāļāļāļāļāļāļĢāļēāļāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļĒāļāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļāđāļāļāđāļāđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāđāļāļāđāļŠāļāđāļĨāļ°āļŠāļĄāļāļēāļĢ
āļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāđāļĄāđāļāļāđāļŠāļāđāļĨāļ°āļŠāļģāļŦāļĢāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāđāļāļāđāļŠāļāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļāđāļāļāđāļāļāļēāļĄāļāļāļŠāļĄāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļ āđāļāđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāđāļāļāđāļŠāļāļāļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļĨāļ°āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāđāļāļāđāļŠāļāļāļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāđāļāļāļāļ§āđāļāļĢāļŠāļģāļŦāļĢāļāđāļāļāļŦāļēāđāļāļāļāļāļāđāļāļāļēāļĢāļĻāļāļĐāļēāļ§āļāļēāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļ°āđāļāļāđāļāļāļēāļĢāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ
āļŦāļĢāļāļāļĨāļēāļ§āļāļāļāļĒāļēāļāļŦāļāļāļāļāļ āļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļ āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ āļāļ°āđāļāļāđāļāļ āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāđāļāļ āđāļĨāļ° āļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļĒāļāļĢāļĒāļēāļĒ āļāļāđāļāđāļāļāļŦāļēāļāļāļ°āļāļĨāļēāļ§āļāļāļāļāđāļ āļāļ°āđāļāļĒāļ§āļāļāļāļāļāļāļēāļĢāļāļģāļ§āļāļāļēāļ āđ āđāļāļēāļĄāļēāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ āļāļāļ§āļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļ°āđāļāļāļāļāļ°āļāļģāļĄāļēāđāļāļāļāļ°āļāļāļāļ āļāļāļ āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ
āļāļāļ 2āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŦāļāļ
āđāļāļāļŦāļēāđāļāļāļāļ āđāļāļĒāļ§āļāļāļāļāļāļāļēāļĢāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŦāļāļ1 (first-order differential equa-tion) āđāļāļāļāļāļ§āļĒ āđāļĢāļēāļĄāļ§āļāļāļēāļĢāđāļāļāļēāļĢāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļĄāļēāļāļĄāļēāļĒ āļŠāļāļŠāļģāļāļāđāļāļāļēāļĢāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ āļāļāļ āļāļēāļĢāđāļĨāļāļāļ§āļāļāđāļŦāļĄāļēāļ°āļŠāļĄāļŠāļģāļŦāļĢāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļ āđ
2.1 āļĢāļāđāļāļāļĄāļēāļāļĢāļāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŦāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŦāļāļāļāļāļ°āļĻāļāļĐāļē āļāļēāļāļāļ°āđāļāļĒāļāđāļŦāļāļĒāđāļāļĢāļāļāļāļāļāļ (derivative form)
dy
dx= f(x, y), (2.1)
āļŦāļĢāļ āļĢāļāļāļāđāļāļāđāļĢāļāđāļāļĒāļĨ (differential form)M(x, y)dx + N(x, y)dy = 0 (2.2)
āđāļāļĒāļŠāļĄāļāļēāļĢāļĢāļāļāļāđāļāļāđāļĢāļāđāļāļĒāļĨ (2.2) āļāļ°āļŠāļĄāļĄāļĨāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļĢāļāļāļāļāļāļdy
dx= âM(x, y)
N(x, y)
āđāļĄāļ N(x, y) 6= 0
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 2.1. āļŠāļĄāļāļēāļĢdy
dx=
x2 + y2
xâ y
āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļāļĒāđāļāļĢāļāļāļāļāļāļ (2.1) āļāļāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļāļĒāļāđāļŦāļāļĒāđāļāļĢāļāļāļāđāļāļāđāļĢāļāđāļāļĒāļĨ (2.2) āđāļāđāļāļ(x2 + y2
)dx + (y â x) dy = 0
1āļāļāļāļāļĒāļēāļĄāđāļĢāļāļāļāļāļāļ āļŦāļāļē 211
12 āļāļāļ 2. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŦāļāļ
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 2.2. āļŠāļĄāļāļēāļĢ(sinx + y) dx + (x + 3y) dy = 0
āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļāļĒāđāļāļĢāļāļāļāđāļāļāđāļĢāļāđāļāļĒāļĨ (2.2) āļāļāļŠāļĄāļēāļĢāļāđāļāļĒāļāđāļŦāļāļĒāđāļāļĢāļāļāļāļāļāļ (2.1) āđāļāđāļāļdy
dx= âsinx + y
x + 3y
āļŠāļģāļŦāļĢāļāļĢāļāļāļāļāļāļ (2.1) āļāļ°āđāļāļāļĢāļāđāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŦāļāļ āļāđāļŦāļāđāļāļāļāļĒāđāļĨāļ° āļŠāļāđāļāļāļāđāļāļāļ§āļē y āđāļāļāļāļ§āđāļāļĢāđāļĄāļāļŠāļĢāļ° āļāļāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļ āļāļ§āđāļāļĢāļāļŠāļĢāļ° x āđāļ āļŠāļģāļŦāļĢāļ āļĢāļāļāļāđāļāļāđāļĢāļāđāļāļĒāļĨ (2.2) āļāļāļēāļāļāļēāļāļāļ°āļŠāļāļŠāļāļ§āļē āļāļ§āđāļāļĢāđāļāđāļāļāļāļ§āđāļāļĢāļāļŠāļĢāļ°āđāļĨāļ°āļāļ§āđāļāļĢāđāļāđāļāļāļāļ§āđāļāļĢāđāļĄāļāļŠāļĢāļ°āļāļēāđāļĄāđāļāļĄāļāļāļāļ§āļēāļĄāļĢāļ°āļāđāļ§āļāļĒāļēāļāđāļĢāļāļāļēāļĄāļŠāļģāļŦāļĢāļāđāļāļāļŠāļēāļĢāļāļāļāļ āļāļ°āļāļģāļŦāļāļāđāļŦy āđāļāļāļāļ§āđāļāļĢāđāļĄāļāļŠāļĢāļ° āđāļĨāļ° x āđāļāļāļāļ§āđāļāļĢāļāļŠāļĢāļ° āļĒāļāđāļ§āļāļ§āļēāđāļāļāļŦāļēāđāļāļŠāļ§āļāļāļāļāļ°āļĢāļ°āļāđāļāļāļāļĒāļēāļāļāļ
2.2 āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļĒāļēāļāļāļēāļĒāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŦāļāļ āļāļāļēāļĒāļāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļŠāļ āļāļ°āļāļĒāđāļāļĢāļ
dy
dx= f(x) (2.3)
āļāļēāļĢāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļ āļāļ°āđāļāļāđāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļāļĢāļĨ (integral) āđāļāļēāļāļāđāļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļĢāļāđāļāļāļāļāļ2
y =âŦ
f(x)dx + c,
āđāļĄāļ c āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđāļāļ§āļāļĒāļēāļ 2.3. āļāļ§āļāļĒāļēāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļāļāļāļāļāļĒāļēāļāļāļēāļĒâĒ āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ dy
dx= 1 āļāļ y = x + c
âĒ āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ dy
dx= x āļāļ y =
x2
2+ c
âĒ āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ dy
dx= cosx āļāļ y = sin x + c
âĒ āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ dy
dx= ex āļāļ y = ex + c
âĒ āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ dy
dx= ex2 āļāļ y =
âŦex2
dx + c
āļŦāļĄāļēāļĒāđāļŦāļ āđāļĢāļēāđāļĄāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļāļĒāļāļāļāļāļāļ âŦex2
dx āđāļŦāļāļĒāđāļāļĢāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļēāļāļāļ§āđāļāļāđāļĢāļēāļĢāļāļāđāļ2āļāđāļĢāļāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļāļĢāļĨāđāļāđāļāļŦāļāļāļŠāļāđāļāļĨāļāļĨāļŠāļāļ§āđāļ
2.3. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĒāļāļāļāđāļ 13
2.3 āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĒāļāļāļāđāļāļāļāļāļĒāļēāļĄ 2.1 (āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĒāļāļāļāđāļ). āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĒāļāļāļāđāļ (separable equation) āļāļ āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļĒāđāļāļĢāļ
dy
dx=
g(x)h(y)
, (2.4)āđāļĄāļ g āđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļ§āđāļāļĢ x āđāļĨāļ° h āđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļ§āđāļāļĢ yāļāļēāļāļĢāļāđāļāļāļĄāļēāļāļĢāļāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŦāļāļ āđāļāļāļ f(x, y) =
g(x)h(y)āļāļāđāļāļ
āļŦāļĄāļēāļĒāđāļŦāļ āđāļāļāļēāļāļāļĢāļ āđāļĢāļēāļāļēāļāļ°āđāļāļĒāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĒāļāļāļāđāļāđāļāļĢāļdy
dx= g(x)p(y),
āđāļĄāļ p(y) =1
h(y)
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 2.4. āļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļāđāļāļāđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĒāļāļāļāđāļâĒ dy
dx=
x2
y2
âĒ dy
dx= kx, āđāļĄāļ k āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ
âĒ dy
dx= ky, āđāļĄāļ k āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ (āđāļāļĢāļēāļ°āļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļāļĒāļāđāļāđāļāļĢāļdy
dx=
k
1/y)
âĒ ydy
dx= cos y ln x (āđāļāļĢāļēāļ°āļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļāļĒāļāđāļāđāļāļĢāļdy
dx=
ln x
y/ cos y)
âĒ dy
dx=
y
x(āđāļāļĢāļēāļ°āļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļāļĒāļāđāļāđāļāļĢāļdy
dx=
1/x
1/y)
âĒ 3x(y2 + 1
)dx + y
(x2 + 1
)dy = 0 (āđāļāļĢāļēāļ°āļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļāļĒāļāđāļāđāļāļĢāļdy
dx=â 3x
x2+1y
y2+1
)
âĒ xâ
1 + y2dx = yâ
1 + x2dy (āđāļāļĢāļēāļ°āļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļāļĒāļāđāļāđāļāļĢāļdy
dx=
xâ1+x2
yâ1+y2
)
âĒ yyâē = x2 (āđāļāļĢāļēāļ°āļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļāļĒāļāđāļāđāļāļĢāļdy
dx=
x2
y)
âĒ yâē = 3â
64xy (āđāļāļĢāļēāļ°āļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļāļĒāļāđāļāđāļāļĢāļdy
dx=
3â
64x1/ 3â
y)
14 āļāļāļ 2. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŦāļāļ
āļāļāļāļāļāļ§āļāļāļēāļĢāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĒāļāļāļāđāļ1. āļāļāļĢāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļŦāļāļĒāđāļāļĢāļāļāļāđāļāļāđāļĢāļāđāļāļĒāļĨāđāļāļĒāļāļāļēāļāļāļēāļĒāļĄāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļĄāđāļāļāļēāļ°āļāļāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļāļ āļāļ§āđāļāļĢ y āđāļĨāļ°āļāļēāļāļāļ§āļēāļĄāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ āļĄāđāļāļāļēāļ°āļāļāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļāļ āļāļ§āđāļāļĢ x
h(y)dy = g(x)dx
2. āļāļģāļāļēāļĢāļāļāļāđāļāļĢāļāļāļāļŠāļāļāļāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢâŦ
h(y)dy =âŦ
g(x)dx
3. āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāđāļāļāļĒāđāļāļĢāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļĒāļāļĢāļĒāļēāļĒ āļāļH(y) = G(x) + c,
āđāļĄāļH(y) =âŦ
h(y)dy G(x) =âŦ
g(x)dx āđāļĨāļ° c āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ
āļŦāļĄāļēāļĒāđāļŦāļ āļāļēāļāļāļāļ§ c āļāļāļĢāļēāļāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ āđāļāļāļāļēāļĢāļĢāļ§āļĄāļāļēāļāļāļāļ§āļāļāļāļāļēāļĢāļāļāļāđāļāļĢāļāļāļēāļāļāļēāļĒāļĄāļ āđāļāļēāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āļāļāļāļāļēāļĢāļāļāļāđāļāļĢāļāļāļ§āļēāļĄāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļ§āļāļĒāļēāļ 2.5. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ
dy
dx=
y2
x2(2.5)
āļ§āļāļāļģ1. āļāļāļĢāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ
1y2
dy =1x2
dx
2. āļāļģāļāļēāļĢāļāļāļāđāļāļĢāļāļāļāļŠāļāļāļāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢâŦ
1y2
dy =âŦ
1x2
dx
3. āļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļĒāļāļĢāļĒāļēāļĒāļāđāļāļāļâ 1
y= â1
x+ c, (2.6)
āđāļĄāļ c āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ
2.3. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĒāļāļāļāđāļ 15
āđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļĢāļ§āļāļŠāļāļāļ§āļē āļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļĒāļāļĢāļĒāļēāļĒāļāđāļ āļāļāļāļāļāļŦāļĢāļāđāļĄ āđāļāļĒāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļē y āļāļēāļāļāļ§āļēāļĄāļŠāļĄāļāļāļ (2.6) āļāļāļāļ°āđāļāļ§āļē
y =x
1â cx(2.7)
āđāļĢāļēāļāļāļ§āļēdy
dx=
(1â cx)(1)â x(âc)(1â cx)2
=1
(1â cx)2
āđāļĨāļ°y2
x2= (
x
1â cx)2
1x2
=1
(1â cx)2
āļāđāļŠāļāļāđāļŦāđāļŦāļāļ§āļē y = x/(1â cx) āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāđāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.5) āļŦāļĢāļ āļāļĨāļēāļ§āļāļāļāļĒāļēāļāļŦāļāļāđāļāļ§āļēāļāļ§āļēāļĄāļŠāļĄāļāļāļ (2.6) āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļĒāļāļĢāļĒāļēāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.5)āļāļēāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒ (2.7) āđāļāļāļ§āļāļĒāļēāļ 2.5 āđāļŠāļāļāđāļŦāđāļŦāļāļ§āļē āđāļāļāļēāļāļāļĢāļ āđāļāļāļēāļĢāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāđāļĢāļē
āļāļēāļāļāļ°āđāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļģāļāļ§āļāļĄāļēāļāļĄāļēāļĒāđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļāļāļ āļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļŦāļĨāļēāļāļ āļāļāļāļĒāļāļāļāļēāļāļāļāļ§c āļāļāđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ āđāļĢāļēāļĢāļ§āļĄāđāļĢāļĒāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļŦāļĄāļāļāļ§āļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļ (general solution) āđāļāļāļēāđāļĢāļēāļāļģāļŦāļāļāđāļāļāļēāļ°āđāļāļēāļ°āļāļāļāļē c āđāļĢāļēāļāļ°āđāļĢāļĒāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļ§āļē āļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ° (particular solution)
āļĢāļāļ 2.1. āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ yâē = y, y = cex, āđāļĄāļ c āļĄāļāļēāđāļāļ ...,â.2,â.1, 0, .1, .2, ...
āļāļ§āļāļĒāļēāļāđāļāļ y = x/(1â cx) āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.5) āđāļāļāļēāļāļģāļŦāļāļāđāļŦ c = 1
y =x
1â x
āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ°āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.5)
16 āļāļāļ 2. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŦāļāļ
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 2.6. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢdy
dx= ky, (2.8)
āđāļĄāļ k āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđāļ§āļāļāļģ1. āļāļāļĢāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ
dy
y= kdx
2. āļāļģāļāļēāļĢāļāļāļāđāļāļĢāļāļāļāļŠāļāļāļāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢâŦ
dy
y=
âŦkdx (2.9)
3. āļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļĒāļāļĢāļĒāļēāļĒāļāđāļāļāļln |y| = kx + c (2.10)
āļāļģāđāļĨāļāļāļēāļāļāļĢāļĢāļĄāļāļēāļ e āļĄāļēāļĒāļāļāļģāļĨāļāļāļ§āļĒāļāļēāļāļāļŠāļāļāļāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ āđāļāļāļāļģāļāļāļāļē ln āļāļēāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.10)āđāļāļ§āļē
|y| = ecekx
āđāļĢāļēāđāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāđāļāļāđāļāļy = Âąecekx (2.11)
āļāļēāļāļģāļŦāļāļāđāļŦC = Âąec āļāļ°āđāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.8) āđāļāļy = Cekx
āļŦāļĄāļēāļĒāđāļŦāļ āļŦāļāļāļŠāļāļŦāļĨāļēāļĒāđāļĨāļĄ āđāļĄāļĢāļ°āļ§āļāđāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļāļĢāļĨ 1yāđāļāļĒāļāļāļ y āđāļāļĒāđāļĄāđāļŠāđāļāļĢāļāļāļŦāļĄāļēāļĒ
āļāļēāļŠāļĄāļāļĢāļ (absolute value sign) āļŦāļĨāļāļāļēāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļāļĢāļĨ āļāļāļāļēāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.9) āđāļāļēāđāļŦāļĨāļēāļāļāļāļ°āđāļln y = kx + c
āđāļāļāļāļāļ°āđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.10) āđāļĨāļ°āļāļēāļāļāļēāļāļāļāļāļĢāļĨāļ āđāļĢāļēāđāļāļāļē y āļāļy = ecekx
2.3. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĒāļāļāļāđāļ 17
āļāļāļāļ°āļāļāļ§āļē āļāļ§āļēāļĄāļŠāļĄāļāļāļāļāļāļ°āļĄāđāļāļāļēāļ°āļāļē y āļāļĄāļēāļāļāļ§āļēāļĻāļāļĒ āđāļāđāļāļāļ§āļēāļĄāđāļāļāļāļĢāļ y = âecekx āļāđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.8) āļāļ§āļĒāđāļŦāļĄāļāļāļāļāļāļ§āļāļĒāļēāļ 2.7. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ
x sin ydxâ (x2 + 1) cos ydy = 0 (2.12)āļ§āļāļāļģ āđāļāļāļēāļĢāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ āđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļāļĢāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļāļ
cos y
sin ydy =
x
x2 + 1dx
āļāļēāļāļāļ āļāļģāļāļēāļĢāļāļāļāđāļāļĢāļāļāļāļŠāļāļāļāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢâŦ
cos y
sin ydy =
âŦx
x2 + 1dx
ln |sin y| =12
ln(x2 + 1) + c = lnâ
x2 + 1 + c
āļāļģāļāļāļāļē ln āļāļāļāļāļēāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ āđāļāđāļāļ|sin y| = ec
âx2 + 1,
āļāļāļāļ°āđāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļĒāļāļĢāļĒāļēāļĒ āļāļsin y = Âąec
âx2 + 1,
āđāļŦC = Âąec āđāļĢāļēāļāđāļāļāļ°āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.12) āđāļāļsin y = C
âx2 + 1 (2.13)
āļŦāļĄāļēāļĒāđāļŦāļ āļāļēāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒ (2.13) āļāļēāļāļ°āļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāđāļāļāđāļāļĒāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļāļ3 (inversesine function) āđāļĢāļēāļāļ°āđāļ
y = sinâ1(câ
x2 + 1)
āļāļāļ§āļē āđāļĢāļēāļāļ°āļŠāļāđāļŠāļĒāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļēāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļ āđāļāļĢāļēāļ°āļ§āļēāļāļāļāļāļāđāļāļ āđāļĄāđāļāļāļāļāļāļŦāļāļāļāļāļŦāļāļ (one-to-one function)āļāļ§āļāļĒāļēāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļŠāļāđāļŠāļĒāđāļ āđāļāļ sinâ1
(câ
x2 + 1)Âą 2Ï, sinâ1
(câ
x2 + 1)Âą 4Ï, . . .
3āļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļāļ āļĄāđāļāđāļĄāļāļāļĒāđāļāļāļ§āļ [â1, 1] āđāļĨāļ° āđāļĢāļāļāļāļĒāđāļāļāļ§āļ [âÏ
2,Ï
2]
18 āļāļāļ 2. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŦāļāļ
āđāļāļāļāļāļŦāļāļāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļ
1. yâē = e3x â x
2. xyâē = 1
3. yâē + y tanx = 0
4. yâē â y tanx = 0
5. y ln ydxâ xdy = 0
6. (1 + x2)yâē = tanâ1 x
7. yâē + 2xy = 0
8. dy
dx= y sinx
9. (1 + x)dy
dx= 4y
10. yâē + 2xy2 = 0
11. 2âxdy
dx=
â1â y2
12. yâē = 3â
64xy
13. xyyâē = y â 1
14. (1 + x2)dy +
(1 + y2
)dx = 0
15. x5yâē + y5 = 0
16. yâē sin y = x2
17. (y2 â 1)xdx + (x + 2) ydy = 0
18. tan Îļdr + 2rdÎļ = 0
(āļāļāļģāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļŦāļāļāļŦāļāļē 236)
2.4. āļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļ 19
2.4 āļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļ°āļāļĨāļēāļ§āļāļāļāļāļāļĒāļēāļĄāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļ āđāļĢāļēāļāļ°āļāļāļēāļĢāļāļēāļāļ§āļāļĒāļēāļāļāļāđāļāļāļāļāļ
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 2.8. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļdy
dx= 2x (2.14)
āļāļ āļāļāļ x = 2 āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļĄāļāļēāđāļāļ 5
āļ§āļāļāļģ āļāļēāļāđāļāļāļŦāļēāđāļāļŦāļ§āļāļ 2.2 āļāļģāđāļāđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ(2.14) āđāļāđāļāļy = x2 + c,
āđāļĄāļ c āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ āđāļĨāļ° āļāļēāļāđāļāļāļāđāļāļāđāļāļāļĒāļāļģāļŦāļāļāđāļŦ āđāļĄāļ x = 2 āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ y = 5 āļāļģāđāļŦāđāļĢāļēāđāļāļ§āļē
5 = 22 + c
āđāļĄāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ āđāļĢāļēāđāļ c = 1 āļāļāļāļ āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļģāđāļŦāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.14) āđāļāļāļāļĢāļ āđāļĨāļ°āđāļāļāđāļāļāļēāļĄāđāļāļāļāđāļâāļāļāļ x = 2 āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļĄāļāļēāđāļāļ 5â āļāļ
y = x2 + 1
āļāļēāļāļāļ§āļāļĒāļēāļ 2.8 āđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļāļĒāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļāļāļĨāļēāļ§ āđāļāđāļāļāļ āļēāļĐāļēāļāļāļāļĻāļēāļŠāļāļĢāđāļāđāļāļ:dy
dx= 2x,
y(2) = 5
āđāļāļāļ y(2) = 5 āļŦāļĄāļēāļĒāļāļ y āđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļ x āļāļ y āļĄāļāļēāđāļāļ 5 āđāļĄāļ x = 2
āļāļēāļāļāļ§āļāļĒāļēāļāļāļēāļāļāļ āđāļŦāļāđāļāļ§āļēāļāļāļāļāļŦāļēāļāđāļŦāļĄāļē āļāļāļāļāļēāļāđāļĢāļēāļāļ°āļāļāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāđāļĨāļ§āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāđāļāļāļēāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļāļāļēāļĄāđāļāļāļāđāļāļāļāļģāļŦāļāļāļĄāļēāđāļŦāļāļ§āļĒ āđāļĢāļēāđāļŦāļāļāļāļĒāļēāļĄāļāļāļāļāļŦāļēāđāļāļĢāļāđāļāļāļāļāļāļĨāļēāļ§ āļāļāļ
20 āļāļāļ 2. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŦāļāļ
āļāļāļāļĒāļēāļĄ 2.2 (āļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļ). āļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļ (initial-value problem)āđāļāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŦāļāļ āļŦāļĢāļ āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļ
āļāļ āđ āļāļāļāļĢāļ°āļāļāļāđāļāļāļ§āļĒ1. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ2. āđāļāļāļāđāļ āļāļ āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļ āļāļāļāđāļāļāđāļāļāļēāļĄāđāļāļāļāđāļāļāļāļģāļŦāļāļāđāļŦ āđāļāļĒāļāļ§āđāļāļāļāđāļ āļāļēāļāļāļ°āļĄāđāļāļĒāļāļŦāļāļāđāļāļāļāđāļ āļŦāļĢāļāļŦāļĨāļēāļĒāđāļāļāļāđāļāļāđāļ āđāļāļāļāđāļāļāļāđāļ āļāļ°āļāļāļāđāļāļāđāļāļāļāđāļāļāļŠāļĄāļāļāļāļāļāļāļēāļāļāļāļāļ§āđāļāļĢ x āđāļāļĒāļāļāļēāđāļāļĒāļ§āđāļāļēāļāļ āđāļĨāļ°āđāļĢāļĒāļāđāļāļāļāđāļāļāļ§āļē āđāļāļāļāđāļāļāļāļāļ (initial condition)
āļŦāļĄāļēāļĒāđāļŦāļ āļāļāļēāļĢāļāļŠāļāļāđāļĢāļāļāļāļēāļĢāļĄāļāļĒāļāļĢāļ (existence) āđāļĨāļ°āļāļ§āļēāļĄāđāļāļāđāļāđāļāļāļĒāļēāļāđāļāļĒāļ§ (uniqueness)āļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļāđāļāđāļ [18]āļāļ§āļāļĒāļēāļ 2.9.
d2y
dx2+ 4y = cos 2x,
y(Ï
4) = 1,
yâē(Ï
4) = â1
āļāđāļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļ āļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢd2y
dx2+ 4y = cos 2x
āļāļ°āļāļāļāđāļāļāđāļāļāļēāļĄāđāļāļāļāđāļāļāļ āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļĄāļāļēāđāļāļ 1 āđāļĨāļ°āļāļāļāļāļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒ āļĄāļāļēāđāļāļâ1 āđāļĄāļ x =Ï
4
āļŠāļģāļŦāļĢāļāļĢāļāđāļāļāļĄāļēāļāļĢāļāļēāļāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŦāļāļāļāļdy
dx= f(x, y),
y(x0) = y0
āļŦāļĢāļM(x, y)dx + N(x, y)dy = 0,
y(x0) = y0
2.5. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļ 21
āđāļāļāļāļāļŦāļāļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļāļāļāđāļāļ1. dy
dx= yeâx, y(0) = 1
2. x cosx dx +(1â 6y5
)dy = 0, y(Ï) = 0
3. sinx dx + y dy = 0, y(0) = â2
4. yâē = âx
y, y(1) =
â3
5. (x2 + 1)dx +
1ydy = 0, y(â1) = 1
6. xyâē + y = 0, y(2) = â2
7. xex2dx +
(y5 â 1
)dy = 0, y(0) = 0
8. yâē = x2y â y
y + 1, y(3) = â1
9. dy
dx= 8â 3y, y(0) = 4
10. exyâē = 2(x + 1)y2, y(0) =16
(āļāļāļģāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļŦāļāļāļŦāļāļē 237)
2.5 āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļĒāļēāļĄ 2.3 (āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļ). āđāļĢāļēāđāļĢāļĒāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŦāļāļ āļāļāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļāđāļŦāļāļĒāđāļāļĢāļ
dy
dx= f
(y
x
)
āļ§āļē āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļ (homogeneous equation)āļŦāļĄāļēāļĒāđāļŦāļ āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŦāļāļāļāđāļāļĒāļāđāļāļĢāļāļāļāđāļāļāđāļĢāļāđāļāļĒāļĨ
M(y
x
)dx + N
(y
x
)dy = 0
āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ§āļĒāđāļŦāļĄāļāļāļāļ
22 āļāļāļ 2. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŦāļāļ
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 2.10. āļāļ§āļāļĒāļēāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļ1. dy
dx=
1 + yx
1â yx
2. dy
dx=
y2 + 2xy
x2=
(y
x
)2+ 2
(y
x
)
3. dy
dx=
4y â 3x
2xâ y=
4 yx â 3
2â yx
4. dy
dx=
x2 + 3y2
2xy=
12
(x
y
)+
32
(y
x
)=
12
1( yx
) +32
(y
x
)
5. (x2 + 3xy + y2)dxâ x2dy = 0 āļŦāļĢāļ āļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļāļĢāļāđāļāđāļāļ
dy
dx=
x2 + 3xy + y2
x2= 1 + 3
(y
x
)+
(y
x
)2
āļāļāļāļāļāļ§āļāļāļēāļĢāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļ1. āļŠāļĄāļĄāļāđāļŦ v =
y
xāļāļ°āđāļāļ§āļē y = vx āļāļāļāļģāđāļŦ
dy
dx= v + x
dv
dx
2. āđāļāļāļāļēāļĨāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ dy
dx= f
(y
x
)
dy
dx= v + x
dv
dx= f(v) = f
(y
x
)
3. āļāļāļĢāļāđāļŦāļĄdv
dx=
f(v)â v
x
4. āđāļāļāļāļāļēāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļāļāļāļāļĢāļāđāļŦāļĄ āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĒāļāļāļāđāļdv
dx=
1x1
f(v)âv
āđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļāļāļāļāļāļāļ§āļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĒāļāļāļāđāļ āđāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒ5. āđāļāļāļāļē v āļāļ§āļĒ y
xāļĨāļāđāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāđāļ
āļŦāļĄāļēāļĒāđāļŦāļ āļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļĢāļāđāļĄāļāļŠāļĄāļĄāļāļāļē v =y
xāđāļĨāļ§āļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļĄāļāļ§āļēāļĄāļĒāļāļĒāļēāļ āļāļāļāļāļ āđāļŦāļāļāļēāļ
āļĨāļāļāļŠāļĄāļĄāļāļāļē v =x
yāļāļĢāļāļāļāļēāļāļāļ°āļāļģāđāļŦ āļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļģāđāļāļāļēāļĒāļāļ
2.5. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļ 23
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 2.11. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢdy
dx=
x + y
xâ y(2.15)
āļ§āļāļāļģ āđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļāļĢāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.15) āđāļāđāļāļdy
dx=
1 + yx
1â yx
(2.16)
āđāļĢāļēāļāļāļ§āļē āļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.15) āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļ āļāļāļāļ āđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāđāļāđāļāļĒ1. āļŠāļĄāļĄāļāđāļŦ v =
y
xāļāļ°āđāļāļ§āļē y = vx āļāļāļāļģāđāļŦ
dy
dx= v + x
dv
dx
2. āđāļāļāļāļē dy
dx1 + y
x
1â yx
=1 + v
1â v= v + x
dv
dx
3. āļāļāļĢāļāđāļŦāļĄx
dv
dx=
1 + v
1â vâ v =
1 + v2
1â v,
1â v
1 + v2dv =
1x
dx
4. āļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļĒāļāļēāļĢāļāļāļāđāļāļĢāļāļāļāļŠāļāļāļāļēāļâŦ
1â v
1 + v2dv =
âŦ1x
dx,
âŦ (1
1 + v2â 1
22v
1 + v2
)dv = ln |x|+ c,
tanâ1 v â 12
ln(1 + v2
)= ln |x|+ c,
āđāļĄāļ c āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ5. āđāļāļāļāļē v āļāļ§āļĒ y
xāļĨāļāđāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāđāļ
tanâ1(y
x
)= ln
(â1 +
(y
x
)2)
+ ln |x|+ c
āļŦāļĢāļāļāļ°āđāļāļĒāļāđāļāļĢāļāļāļāļēāļĒāļāļ§āļēāđāļāđāļāļtanâ1
(y
x
)= ln
(âx2 + y2
)+ c
24 āļāļāļ 2. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŦāļāļ
āļāļĒāļēāļāļāļāļĨāļēāļ§āđāļ§āļāļēāļāļāļāđāļĨāļ§āļ§āļēāļŠāļāļŠāļģāļāļāđāļāļāļēāļĢāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļēāļĢāđāļĨāļāļāļ§āļāļāđāļŦāļĄāļēāļ°āļŠāļĄāļŠāļģāļŦāļĢāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļ āđ āđāļĨāļ°āđāļāļāđāļāļāļāļēāļĢāļāļĢāļ°āļŦāļĒāļāđāļ§āļĨāļē āđāļāļāļāđāļĢāļēāļāļ°āļāļāļāļāļāļĢāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļ°āļāļ§āļē āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļĨāļēāļ§ āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāđāļĢāļēāļāļēāļāļāļ°āđāļāđāļāļāļāđāļāļāļāļ°āļāļĨāļēāļ§āļāļāđāļāļāļāļĢāļ§āļāļŠāļāļāļ§āļēāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļŦāļĢāļāđāļĄāļāļāļāļĒāļēāļĄ 2.4 (āļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļ). āļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļāļĢāļ°āļāļāļāļ n (homogenous function of degree n)āļāļ āļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļāļĒāļāđāļāđāļāļĢāļ
f(tx, ty) = tnf(x, y)
āļŦāļĄāļēāļĒāđāļŦāļ āđāļāļāļāđāļĢāļēāđāļāļāļģāļ§āļēāđāļāļāļāļāļ āđāļāļŠāļāļāļāļĢāļāļāļ āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļāļāļāļāļ 4 āđāļĨāļ° āļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļāļāļ§āļāļĒāļēāļ 2.12.âĒ āļāļāļāļāļ f(x, y) = x2 + xy āđāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļāļĢāļ°āļāļāļāļāļŠāļāļ āđāļāļĢāļēāļ°āļ§āļē
f(tx, ty) = (tx)2 + (tx)(ty) = t2(x2 + xy) = t2f(x, y)
âĒ āļāļāļāļāļ g(x, y) =â
x2 + y2 āđāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļāļĢāļ°āļāļāļāļāļŦāļāļ āđāļāļĢāļēāļ°āļ§āļēg(tx, ty) =
â(tx)2 + (ty)2 = tg(x, y) (t âĨ 0)
âĒ āļāļāļāļāļ h(x, y) = xâ
y + yâ
x āđāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļāļĢāļ°āļāļāļāļ 32āđāļāļĢāļēāļ°āļ§āļē
h(tx, ty) = (tx)â
ty + (ty)â
tx = t32 h(x, y) (t âĨ 0)
âĒ āļāļāļāļāļ F (x, y) = x2y + xy āđāļāļāđāļĄāđāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļ āđāļāļĢāļēāļ°āļ§āļēF (tx, ty) = (tx)2(ty) + (tx)(ty) = t2(tx2y + xy)
āđāļĄāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļāļĒāļāđāļāđāļāļĢāļ tnF (x, y) āđāļāļāļēāļāļāļāļāļĒāļēāļĄāļāļēāļāļāļ āļāļēāđāļĢāļēāļāļĢāļēāļāđāļĨāļ§āļ§āļēāļāļāļāļāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļ āđāļĢāļē
āļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļĢāļ§āļāļŠāļāļāđāļāļ§āļēāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ āļāļāļāļĨāļēāļ§āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļŦāļĢāļāđāļĄ āđāļāļĒāļāļĪāļĐāļāļāļāļāļāđāļāļ
4āļāļāļāļāļĒāļēāļĄāđāļĢāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāđāļāļŦāļāļē 21
2.5. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļ 25
āļāļĪāļĐāļāļāļ 2.1. āļāļāļēāļĢāļāļēāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļM(x, y)dx + N(x, y)dy = 0 (2.17)
āļāļēāļāļāļāļāļ M(x, y) āđāļĨāļ° N(x, y) āđāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļāļāļĄāļĢāļ°āļāļāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāđāļĨāļ§ āļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.17)āđāļāļ āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļ āļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.17) āļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļāļĒāļāđāļŦāļĄāđāļāļĢāļāļāļāļāļāļāđāļāđāļāļ
dy
dx= âM(x, y)
N(x, y)
āđāļāļāļāļāļēāļ āļāļāļāļāļ M(x, y) āđāļĨāļ° N(x, y) āđāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļ āļāļĄāļĢāļ°āļāļāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļ (āļŠāļĄāļĄāļāļ§āļēāļĄāļĢāļ°āļāļāļāļ n) āļāļāļāļM(tx, ty) = tnM(tx, ty) āđāļĨāļ° N(tx, ty) = tnN(tx, ty) āļāļāļāļ
dy
dx= âM(x, y)
N(x, y)
= âM(x · 1, x · yx)
N(x · 1, x · yx)
= âxnM(1, yx)
xnN(1, yx)
= âM(1, yx)
N(1, yx)
āļāļģāļŦāļāļāđāļŦ f(s) = âM(1, s)N(1, s)
āđāļĢāļēāđāļāļ§āļēdy
dx= f(
y
x)
āļāļāđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļ āļāļāđāļāļ 2
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 2.13. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļ(x2 + 3xy + y2
)dxâ x2dy = 0, y(1) = 0 (2.18)
āļ§āļāļāļģ āđāļāļāļM(x, y) =
(x2 + 3xy + y2
) āđāļĨāļ° N(x, y) = âx2
āđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļĢāļ§āļāļŠāļāļāđāļāđāļāļĒāļāļēāļĒāļ§āļē āļāļ M(x, y) āđāļĨāļ° N(x, y) āđāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļāļĨāļģāļāļāļāļāļŠāļāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.18) āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļ āđāļāļĒāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļāļĢāļāđāļāđāļāļ
dy
dx=
x2 + 3xy + y2
x2= 1 + 3
y
x+
(y
x
)2
āđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļāļ
26 āļāļāļ 2. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŦāļāļ
1. āļŠāļĄāļĄāļāđāļŦ v =y
xāļāļ°āđāļāļ§āļē y = vx āļāļāļāļģāđāļŦ
dy
dx= v + x
dv
dx
2. āđāļāļāļāļēāļĨāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ dy
dx= f(
y
x)
dy
dx= v + x
dv
dx= 1 + 3v + v2 = 1 + 3
y
x+
(y
x
)2
3. āļāļāļĢāļāđāļŦāļĄ
xdv
dx= 1 + 2v + v2 = (1 + v)2 ,
1(1 + v)2
dv =1x
dx
4. āļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļĒāļāļēāļĢāļāļāļāđāļāļĢāļāļāļāļŠāļāļāļāļēāļâŦ
1(1 + v)2
dv =âŦ
1x
dx
â 11 + v
= ln |x|+ c
1 + v =â1
ln |x|+ c
v =â1
ln |x|+ câ 1,
āđāļĄāļ c āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ5. āđāļāļāļāļē v āļāļ§āļĒ y
xāļĨāļāđāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāđāļ
y
x=
â1ln |x|+ c
â 1,
āļāļāļāļ§āļĒ x āļāļāļŠāļāļāļāļēāļy =
âx
ln |x|+ câ x,
6. āļāļēāļāđāļāļāļāđāļāļāļēāļāļāļāļāļāļ§āļē y = 0 āđāļĄāļ x = 1 āđāļāļāļāļēāļĨāļāđāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļŦāļēāļāļē c
0 =â1
ln 1 + câ 1,
āđāļĄāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļē c = â1
2.5. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļ 27
āļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ°āļĢāļēāļĒāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļ (2.18) āļāļ5
y =x
1â ln xâ x
āđāļāļāļāļāļŦāļ1. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļ
(a) (x + y) yâē = xâ y
(b) x yâē = y + 2â
xy
(c) 2xy yâē = x2 + 2y2
(d) x yâē = x + y
(e) x yâē = 2x + 3y
(f) (x2 â 2y2)dx + xy dy = 0
(g) x2 yâē â 3xy â 2y2 = 0
(h) x siny
xyâē = y sin
y
x+ x
(i) x yâē = y + 2xeây/x
(j) x yâē =â
x2 + y2 + y
2. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļāļāļāđāļāļ(a) yâē = âx
y, y(1) =
â4
(b) y3yâē + x3 = 0, y(0) = 1
(c) xdy
dx+ y = 0, y(2) = â2
(d) xyyâē = 2y2 + 4x2, y(2) = 4
(āļāļāļģāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļŦāļāļāļŦāļāļē 237)
5āđāļāļāļēāļĢāļĻāļāļĐāļēāđāļĢāļāļāļāļēāļĢāļĄāļāļĢāļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ (existenceofa solutionofdifferential equation) āđāļĢāļēāļāļ°āļĻāļāļĐāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ°āđāļāļĒāļēāļāđāļāļĨāđāļāļĒāļ (neighborhood) āļāļāļāļēāļāļāļāļāđāļāļēāļāļ āļāļāļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļāļ āđāļĢāļēāļāļ°āļāļāļēāļĢāļāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļĒāļēāļāđāļāļĨāđāļāļĒāļ x = 1 āļāļāļāļē x āđāļāļĒāļēāļāđāļāļĨāđāļāļĒāļāļāļ°āļĄāļāļēāļĄāļēāļāļāļ§āļēāļĻāļāļĒ āļāļāļāļģāđāļŦāđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļĨāļ°āđāļāļĢāļāļāļŦāļĄāļēāļĒāļāļēāļŠāļĄāļāļĢāļāđāļ
28 āļāļāļ 2. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŦāļāļ
2.6 āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļŠāļāļŠāļģāļŦāļĢāļāļĢāļāđāļāļāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŦāļāļāđāļāļāđāļŠāļ (first order linear differen-
tial equation) āļāļa1(x)
dy
dx+ a0(x)y = b(x), (2.19)
āđāļĄāļ a1(x) 6⥠0.āđāļāļāļāļāļēāļ a1(x) āđāļĄāđāļāđāļāļāļāļāļāļāļāļĻāļāļĒ āļāļāļāļāđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļŦāļēāļĢāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļāļāļĨāļēāļ§āļāļ§āļĒ a1(x)āļāļģāđāļ
āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŦāļāļāđāļāļāđāļŠāļ āđāļāļĢāļdy
dx+ p(x)y = q(x), (2.20)
āđāļĄāļ p(x) =a0(x)a1(x)āđāļĨāļ° q(x) =
b(x)a1(x)
āļŦāļĄāļēāļĒāđāļŦāļ āđāļĢāļēāļĄāļāļāļĒāļĄāđāļāļĒāļāđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŦāļāļāđāļāļāđāļŠāļ āļāļ§āļĒāļĢāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.20) āļĄāļēāļāļāļ§āļēāļĢāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.19)āļāļāļāļāļēāļāļāđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļāļĒāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļ (2.20) āđāļāļĢāļāļāļāđāļāļāđāļĢāļāđāļāļĒāļĨ āđāļāđāļāļ
[p(x)y â q(x)] dx + dy = 0
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 2.14. āļāļ§āļāļĒāļēāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŦāļāļāđāļāļāđāļŠāļ
âĒ dy
dx+ y = eâx, ( a1(x) = 1, a0(x) = 1, b(x) = eâx )
âĒ xyâē + x2y = x3, (a1(x) = x, a0(x) = x2, b(x) = x3
)
âĒ dy
dx+ sinx y = tanx, ( a1(x) = 1, a0(x) = sinx, b(x) = tan x )
âĒ dy
dx= x2, (
a1(x) = 1, a0(x) = 0, b(x) = x2)
âĒ dy
dx+ x2y = 0, (
a1(x) = 1, a0(x) = x2, b(x) = 0)
âĒ dy
dx= 0, ( a1(x) = 1, a0(x) = 0, b(x) = 0 )
âĒ [x2y â x]dx + dy = 0, (a1(x) = 1, a0(x) = x2, b(x) = x
)
2.6. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļŠāļ 29
āļāļēāļāļāļ§āļāļĒāļēāļāļāļēāļāļāļ āļāļāļ§āļē āļāļēāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļ (2.20) āļĄāļāļē p(x) āđāļāļāļĻāļāļĒ āļāļāļāļdy
dx= q(x)
āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļāļ āļāļāļ°āļāļĨāļēāļĒāđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļĒāļēāļāļāļēāļĒ6 āđāļāļĒāļĄāļāļĨāđāļāļĨāļĒ āļāļy =
âŦq(x)dx + c,
āđāļĄāļ c āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ āđāļāļāļēāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļ āļĄāļāļē q(x) āđāļāļāļĻāļāļĒ āļŦāļĢāļdy
dx+ p(x)y = 0
āļŠāļĄāļāļēāļĢāļ āļāļ°āļāļĨāļēāļĒāđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĒāļāļāļāđāļ7dy
y= âp(x)dx
āđāļĨāļ°āļĄāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļy = Ceâ
Rp(x)dx,
āđāļĄāļ C āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđāļāļēāļāļāļēāļĢāļŠāļāđāļāļ āđāļĢāļēāļāļēāļāļāļāļŠāļĄāļĄāļāļāļēāļ āļ§āļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļ (2.20) āļāļĒāđāļāļĢāļ
y = C(x)eâR
p(x)dx, (2.21)āđāļĄāļ C āđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļ x, āđāļāļāļāļāļ°āļāļĒāđāļāļĢāļāļāļēāļāļāļāļ§āļāļāļāļ§āļĒ eâ
Rp(x)dx āđāļĄāļāļāļģāļāļē y āļĄāļēāđāļāļāđāļ
āļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.20) āđāļĢāļēāđāļāļ§āļēd
dx
[C(x)eâ
Rp(x)dx
]+ p(x)
[C(x)eâ
Rp(x)dx
]= q(x)
[âC(x)p(x) + Câē(x) + p(x)C(x)]eâR
p(x)dx = q(x)
Câē(x)eâR
p(x)dx = q(x)
Câē(x) = q(x)eR
p(x)dx
āđāļĄāļāļāļģāļāļēāļĢāļāļāļāđāļāļĢāļāļāļāļŠāļāļāļāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ āđāļĢāļēāļāļ°āđāļāļāļēāļāļāļāļāļāļāļāļ C āļāļC(x) =
âŦq(x)e
Rp(x)dxdx + c,
āđāļĄāļ c āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ āļāļāļāļ āđāļĄāļāđāļāļāļāļē C(x) āļĨāļāđāļ (2.21) āđāļĢāļēāļāļāļ°āđāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.20)6āļāļ§āļāļāļēāļĢāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļĒāļēāļāļāļēāļĒ āļŦāļāļē 127āļāļ§āļāļāļēāļĢāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāđāļĒāļāļāļāđāļ āļŦāļāļē 13
30 āļāļāļ 2. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŦāļāļ
āļāļĪāļĐāļāļāļ 2.2. āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļdy
dx+ p(x)y = q(x)
āļāļy = eâ
Rp(x)dx
[âŦq(x)e
Rp(x)dxdx + c
],
āđāļĄāļ c āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ8 2
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 2.15. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ
yâē + 3y = 2xeâ3x (2.22)
āļ§āļāļāļģ āļāļēāļāđāļāļāļĒ āđāļĢāļēāđāļāļ§āļē āļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.22) āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļŠāļ āđāļāļĒāļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļ
p(x) = 3, q(x) = 2xeâ3x
āļāļāļāļ āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.22) āļāļ
y = eâR
3dx
[âŦ2xeâ3xe
R3dxdx + c
]
= eâ3x
[âŦ2xeâ3xe3xdx + c
]
= eâ3x
[âŦ2xdx + c
]
= eâ3x[x2 + c
]
= x2eâ3x + ceâ3x
āđāļĄāļ c āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđāļāļ§āļāļĒāļēāļ 2.16. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļ
yâē + (tanx)y = sin(2x), y(0) = 1 (2.23)
āļ§āļāļāļģ āļāļēāļāđāļāļāļĒ āđāļĢāļēāđāļāļ§āļē āļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.23) āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļŠāļ āđāļāļĒāļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļ
p(x) = tanx, q(x) = sin(2x)
8āļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŦāļāļāđāļāļāđāļŠāļāļāļ§āļĒāļ§āļāļāļēāļĢāļāļ āđ āđāļ [1, 13, 14, 18, 20]
2.6. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļŠāļ 31
āļāļāļ§āļēeR
p(x)dx = eR
tan xdx
= eln|sec x|
= |secx|
āđāļāļāļāļ§āļēāļĄāļŠāļ°āļāļ§āļ āđāļāļāļāļāļ°āļāļāļĨāļ°āđāļāļĢāļāļāļŦāļĄāļēāļĒāļāļēāļŠāļĄāļāļĢāļ āļāļāļāļāđāļĢāļēāļāļ°āđāļeR
p(x)dx = sec x
āđāļĨāļ° āđāļāļāļģāļāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļeâR
p(x)dx = cosx
āļāļāļāļ āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ 2.23 āļāļy = cos x
[âŦsin(2x) secxdx + c
]
= cos x
[âŦ2 sin x cosx secxdx + c
]
= cos x
[âŦ2 sin xdx + c
]
= cos x [â2 cos x + c]
= â2 cos2 x + c cosx
āđāļĄāļ c āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđāļāļēāļāđāļāļāļāđāļāļāļēāļāļāļāļ : y = 1 āđāļĄāļ x = 0 āļāļāļāļ
1 = â2 cos2 0 + c cos 0
= â2 · 1 + c · 1
c = 3
āđāļĢāļēāđāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļ (2.23) āļāļy = 3 cosxâ 2 cos2 x
32 āļāļāļ 2. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŦāļāļ
āđāļāļāļāļāļŦāļ1. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļ
(a) yâē + y = 1
(b) yâē + y = eâx
(c) yâē â 2y = e3x
(d) xyâē + y = cosx
(e) xdy
dxâ 3y = x4
(f) yâē + y =1
1 + e2x
(g) (1 + x2
)dy + 2xy dx = cotx dx
(h) yâē + y = 2xeâx + x2
(i) yâē + y cotx = 2x csc x
(j) (2y â x3
)dx = x dy
(k) y â x + xy cotx + xyâē = 0
(l) dy
dxâ 2xy = 6xex2
(m) (x ln x) yâē + y = 3x3
(n) (y â 2xy â x2
)dx + x2dy = 0
2. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļāļāļāđāļāļ
(a) yâē + 2y = 2, y(0) = 1
(b) xyâē â y = x, y(1) = 2
(c) yâē = (1â y) cosx, y(Ï) = 0
(d) xyâē + 3y = 2x5, y(2) = 1
(e) yâē = 1 + x + y + xy, y(0) = 0
(f) (x2 + 4
)yâē + 3xy = x, y(0) = 1
(āļāļāļģāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļŦāļāļāļŦāļāļē 238)
2.7. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļĢāļāļĨāļĨ 33
2.7 āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļĢāļāļĨāļĨāļāļāļāļĒāļēāļĄ 2.5 (āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļĢāļāļĨāļĨ). āđāļĢāļēāđāļĢāļĒāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļāļĒāđāļāļĢāļ
dy
dx+ p(x)y = q(x)yn, (2.24)
āđāļĄāļ p(x) āđāļĨāļ° q(x) āđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāđāļāļāļ§āļāđāļāļ (a, b) āđāļĨāļ° n āđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļāđāļ āđ, āļ§āļēāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļĢāļāļĨāļĨ (Bernoulli equation)9
āļāļēāļāļāļāļāļĒāļēāļĄ 2.5 āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļĢāļāļĨāļĨ āļŠāļāđāļāļāđāļāļ§āļē āļāļē n āļĄāļāļēāđāļāļ 0 āļŦāļĢāļ 1 āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļĢāļāļĨāļĨ(2.24) āļāļāļ°āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļŠāļ āđāļĨāļ°āļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļāļāđāļāđāļŠāļāļāđāļāđāļāļāļŦāļēāļāļāļāļŦāļāļēāļāđāļĨāļ§āļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļĢāļāļāļē n āļāļ āđ āđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ āđāļāļĒāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļĢāļāļĨāļĨāđāļŦ
āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļŠāļāļāļāļ
āļāļāļāļāļāļ§āļāļāļēāļĢāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļĢāļāļĨāļĨ1. āļŦāļēāļĢāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.24) āļāļ§āļĒ yn āļāļģāđāļŦāđāļ
yân dy
dx+ p(x)y1ân = q(x) (2.25)
2. āđāļŦv = y1ân
āļāļāļĄāļāļāļāļāļāđāļāļĒāļāļāļ x āļāļdv
dx= (1â n)yân dy
dx
3. āđāļāļāļāļē v āđāļĨāļ° dv
dxāļĨāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.25) āđāļ
1(1â n)
dv
dx+ p(x)v = q(x)
9āļŠāļĄāļāļēāļĢāļāđāļāļāļāļāļģāđāļŠāļāļāļāļĢāļāđāļĢāļāđāļāļĒāđāļāļĄāļŠ āđāļāļĢāļāļĨāļĨ (Bernoulli, James) āđāļāļāļāļĢāļŠāļāļĻāļāļĢāļēāļ 1695 āļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļāļāļĨāļēāļ§āļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļāđāļāļāļĢāļāđāļĢāļāđāļāđāļāļĒāļāļāļŦāļ āđāļāļĢāļāļĨāļĨ (Bernoulli, John) āļāļāđāļāļāļāļāļāļāļēāļĒāļāļāļāđāļāļĄāļŠāļāļāđāļāļ āļāļāļĄāļēāļ āļēāļĒāļŦāļĨāļ āđāļāļāļāļĢāļŠāļāļĻāļāļĢāļēāļ 1696 āļāļāļāļāļāļĢāļ āļ§āļĨāđāļŪāļĨāļĄ āđāļĨāļāļāļāļ (Leibnitz, Gottfried Wilhelm) āļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļŠāļāļāđāļāļ§āļē āđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļāļĨāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļĢāļāļĨāļĨ āđāļŦāļāļĒāđāļāļĢāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļŠāļāđāļ
34 āļāļāļ 2. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŦāļāļ
4. āđāļāļāļāļāļēāļ 11â nāđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§ āļāļāļāļāđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļāļĒāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļŦāļāļĒāđāļāļĢāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļŠāļāđāļ
āļāļdv
dx+ (1â n)p(x) v = (1â n)q(x) (2.26)
5. āļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļŠāļ (2.26) āđāļāļāļ
v(x) = eâ(1ân)R
p(x) dx
[âŦ(1â n)q(x)e(1ân)
Rp(x) dxdx + c
]
6. āļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.25) āļāļ
y1ân = eâ(1ân)R
p(x) dx
[âŦ(1â n)q(x)e(1ân)
Rp(x) dxdx + c
]
āļŦāļĢāļ āļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.25) āļĄāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāđāļāļāļāļ
y ={
eâ(1ân)R
p(x) dx
[âŦ(1â n)q(x)e(1ân)
Rp(x) dxdx + c
]} 11ân
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 2.17. āļāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢdy
dxâ 5y = â5
2xy3 (2.27)
āļ§āļāļāļģ āļāļāļ§āļēāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.27) āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļĢāļāļĨāļĨāļāļāļĄ n = 3, p(x) = â5 āđāļĨāļ° q(x) = â5x
2
1. āļŦāļēāļĢāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.27) āļāļ§āļĒ y3 āļāļģāđāļŦāđāļ
yâ3 dy
dxâ 5yâ2 = â5
2x
2. āđāļŦ v = y1â3 = yâ2 āļāļāļāļdv
dx= â 2
y3
dy
dx
3. āđāļāļāļāļē dv
dxāļĨāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ āđāļ
â12
dv
dxâ 5v = â5
2x
4. āļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļāļĢāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļŦāļāļĒāđāļāļĢāļāđāļāļāđāļŠāļāđāļāđāļāļdv
dx+ 10v = 5x (2.28)
2.7. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļĢāļāļĨāļĨ 35
5. āļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļŠāļ (2.28) āđāļāļāļv(x) = eâ
R10 dx
[âŦ5x e
R10 dxdx + c
],
=x
2â 1
20+ ceâ10x,
āđāļĄāļ c āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ6. āļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.27) āļāļ
v = yâ2 =x
2â 1
20+ ceâ10x
āļŦāļĢāļ āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāđāļāļāļāļy = Âą 1â
x2 â 1
20 + ceâ10x
āļŦāļĄāļēāļĒāđāļŦāļāļŠāļāđāļāļāđāļāļ§āļē y ⥠0 āļāđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.27) āđāļāļāļēāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļĢāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.27) āļāļ§āļĒ y3
āļāļģāđāļŦāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļŦāļēāđāļāđāļāļāļ§āļāļĒāļēāļ 2.17 āđāļĄāļāļĢāļēāļāļāļ§āļēāļĄāļāļĨāđāļāļĨāļĒ y ⥠0 āļāļĢāļ°āļāļāļāļāļĒāļāļ§āļĒ āļāđāļāļāđāļāļāļāđāļāļāļāļāļēāļāđāļāļĒāļāļāļāļāļāļ§āļāļāļēāļĢāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļĢāļāļĨāļĨāļāļāļ°āļāļāļāļŦāļēāļĢāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļ§āļĒ yn āļāļģāđāļŦāļāļāļāļāļāļēāļĢāļāļēāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļŦāļĄāļāđāļāđāļāļāļēāļ°āļāļĢāļ y 6= 0 āđāļāļāļĒāļēāļāđāļĢāļāļāļēāļĄ y ⥠0 āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļĢāļāļĨāļĨ (2.24)(āļāļĢāļ n > 0) āđāļŠāļĄāļ
āđāļāļāļāļāļŦāļāļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļ
1. dy
dx+
y
x= x2y2
2. dy
dxâ y = e2xy3
3. dy
dx=
2y
xâ x2y2
4. dy
dx+
y
xâ 2= 5(xâ 2)y1/2
5. dy
dxâ y
x= ây2
x
6. dy + (4y â 8yâ3)x dx = 0
7. dy
dx+ y3x + y = 0
8. dy
dx+ y = exyâ2
9. xdy
dx+ y = â2x6y4
10. dr
dÎļ=
r2 + 2rÎļ
Îļ2
11. dx
dt+ tx3 +
x
t= 0
12. dx
dt+
t + 12t
x =t + 1xt
(āļāļāļģāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļŦāļāļāļŦāļāļē 238)
36 āļāļāļ 2. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŦāļāļ
2.8 āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļĄāļāļāļĢāļāļŠāļĄāļĄāļāļ§āļēāđāļĢāļēāļĄāļ§āļāļĻāđāļŠāļāđāļāļ10 (family of curves)
f(x, y) = c,
āđāļĄāļ c āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđāļāļēāļāđāļāļāļŦāļēāđāļāļ§āļāļēāđāļāļĨāļāļĨāļŠ āļāļē f āđāļāļāļāļāļāļāļ āļāļĄāļāļāļāļāļāļĒāļāļĒāđāļāļĒāļāļāļ x (āļāļāļāļāļ âf
âx)
āđāļĨāļ° āļāļāļāļāļāļĒāļāļĒāđāļāļĒāļāļāļ y (āļāļāļāļāļ âf
ây) āđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļ āđāļĨāļ§āļāļĨāļāļēāļāđāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļ§āļĄ (total
differential) āļāļāļāļāļāļāļāļf āļāļdf =
âf
âxdx +
âf
âydy
āđāļĨāļ°āđāļāļāļāļāļēāļ f(x, y) = c āļāļāļĄāļāļēāđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§ āļāļāļāļ df = 0 āļāļāļāļģāđāļŦāđāļĢāļēāđāļāļ§āļēâf
âxdx +
âf
âydy = 0 (2.29)
āđāļĢāļēāļāļāļ§āļē āļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.29) āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŦāļāļāļāļāļĒāđāļāļĢāļāļāļāđāļāļāđāļĢāļāđāļāļĒāļĨāļāļģāđāļŦāđāļĢāļēāļāļĨāļēāļ§āđāļāļ§āļē f(x, y) = c āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ (2.29) āļāļāđāļāļāļāļ§āļāļĒāļēāļ 2.18. āļ§āļāļĻāļāļāļāđāļŠāļāđāļāļ
x2y3 = c, (2.30)āđāļĄāļ c āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ
2xy3dx + 3x2y2dy = 0 (2.31)āđāļāļāļāļāļēāļ āđāļŠāļāđāļāļ (2.30) āļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļĒāļēāļĄāļāļāļāļāļ
y = 3â
cxâ2
āļāļāđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢdy
dx= â 2xy3
3x2y2
āļāļāđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļĢāļāļāļāļāļāļ āļāļŠāļĄāļĄāļĨāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.31)10 āļ§āļāļĻāđāļŠāļāđāļāļ āļŦāļĄāļēāļĒāļāļ āđāļāļāļāļāļāđāļŠāļāđāļāļ āđāļāļāļāļāļēāļāđāļĢāļēāļāļĒāļĄāđāļāļāļģāļ§āļē âāļ§āļāļĻāļāļāļāđāļāļâ āđāļāļāļāļģāļ§āļē âāđāļāļāļāļāļāđāļāļâ āđāļĨāļ°
āđāļŠāļāđāļāļ āļāļ āđāļāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļāļāļēāļĄāđāļāļāļāđāļāļŦāļĢāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļāļāļ āđāļĢāļēāļāļāđāļāļāļģāļ§āļē âāļ§āļāļĻāļāļāļāđāļŠāļāđāļāļâ āđāļāļāļāļģāļ§āļē âāđāļāļāļāļāļāđāļŠāļāđāļāļâ
2.8. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļĄāļāļāļĢāļ 37
āļāļāļāļĒāļēāļĄ 2.6 (āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļĄāļāļāļĢāļ). āđāļĢāļēāđāļĢāļĒāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŦāļāļM(x, y)dx + N(x, y)dy = 0 (2.32)
āļāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļŦāļēāļāļāļāļāļ f(x, y) āļāļâf
âx(x, y) = M(x, y) āđāļĨāļ° âf
ây(x, y) = N(x, y)
āļ§āļē āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļĄāļāļāļĢāļ (exact differential equation) āđāļĨāļ°āđāļĢāļĒāļM(x, y)dx + N(x, y)dy
āļ§āļē āļāļāđāļāļāļĢāđāļĢāļāđāļāļĒāļĨāđāļāļāđāļĄāļāļāļĢāļ (exact differential) āļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.32) āļĄāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļf(x, y) = c
āđāļāļāļāļ§āļēāļĄāļŠāļ°āļāļ§āļ āļ āļēāļĒāļŦāļĨāļāļāļ°āđāļĢāļĒāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļĄāļāļāļĢāļāđāļāļĒāļāļŠāļ āđ āļ§āļē āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļĄāļāļāļĢāļ (exact equation)āļāļ§āļāļĒāļēāļ 2.19. āļāļāļāļĢāļ§āļāļŠāļāļāļ§āļēāļŠāļĄāļāļēāļĢ
y dx + x dy = 0 (2.33)āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļĄāļāļāļĢāļāļŦāļĢāļāđāļĄāļ§āļāļāļģ āļĨāļāļāļāļĢāļ§āļāļŠāļāļāđāļāļĒāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļāļāļāļāļĒāļāļĒāļāļāļāļāļāļāļāļ f(x, y) = xy āļāļāļāļ°āđāļ
âf
âx= y āđāļĨāļ° âf
ây= x
āļāļāļāļāļ§āļēāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.33) āļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļāļĒāļāđāļāđāļāļĢāļâf
âxdx +
âf
âydy = 0
āļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.33) āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļĄāļāļāļĢāļ āđāļāļĒāļĄāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļf(x, y) = c
āļŦāļĢāļ āļāļāļāļxy = c,
āđāļĄāļ c āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ
38 āļāļāļ 2. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŦāļāļ
āļ§āļāļāļēāļĢāļāļĢāļ§āļāļŠāļāļāļ§āļē āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļĄāļāļāļĢāļāļŦāļĢāļāđāļĄ āļāļāļāļāļēāļāļāļ°āđāļ āļāļēāļĢāđāļāļāļāļēāļāļāļāļāļ f āđāļāļĒāļāļĢāļāļāļāļāļ§āļāļĒāļēāļ āđāļĢāļēāļĄāļ§āļāļāļ āļāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļĢāļ§āļāļŠāļāļāđāļāļāļĒāļēāļāļĢāļ§āļāđāļĢāļ§āļāļ§āļē āļāļāļāļāļāļĪāļĐāļāļāļ 2.3. āļāļāļēāļĢāļāļēāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ (2.32) āđāļĄāļāļāļāļāļāļ M, N,
âM
ây,
âN
âxāļāļāđāļāļāļāļāļ āđ
āļāļ (x, y) āđāļāđāļāđāļĄāļāļāļāļāļŠāđāļŦāļĨāļĒāļĄāļāļāļāļēāļāļāļĢāļ°āļāļēāļ xy (xy-plain)1. āļāļēāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.32) āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāđāļāļāđāļĄāļāļāļĢāļāđāļĨāļ§
âM(x, y)ây
=âN(x, y)
âx
āļāļ āđ (x, y) āđāļāđāļāđāļĄāļ2. āđāļāļāļēāļāļāļĨāļāļāļ āļāļē
âM(x, y)ây
=âN(x, y)
âx
āļāļ āđ (x, y) āđāļāđāļāđāļĄāļ āđāļĨāļ§ āļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.32) āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāđāļāļāđāļĄāļāļāļĢāļāļāļŠāļāļ (āļŠāļ§āļāļāļŦāļāļ) āļāļēāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.32) āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļĄāļāļāļĢāļāđāļĨāļ§āđāļāļĒāļāļāļāļĒāļēāļĄ 2.6 āđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļŦāļēāļāļāļāļāļ f āļāļ
âf
âx(x, y) = M(x, y) āđāļĨāļ° âf
ây(x, y) = N(x, y)
āļāļ (x, y) āđāļāđāļāđāļĄāļ āļāļāļāļâ2f
âyâx(x, y) =
âM(x, y)ây
āđāļĨāļ° â2f
âxây(x, y) =
âN(x, y)âx
āļāļ (x, y)āđāļāđāļāđāļĄāļāđāļāđāļāļĒāļāļ§āļēāļĄāļāļāđāļāļāļāļāļāļ âM
âyāđāļĨāļ°âN
âx(āļāļāļāļāļ â2f
âyâx(x, y)āđāļĨāļ° â2f
âxây(x, y)
āļĄāļāļ§āļēāļĄāļāļāđāļāļāļ) āđāļāļĒāļāļĪāļĐāļāļāļ11 āļāļģāđāļŦāđāļāļ§āļēâ2f
âyâx(x, y) =
â2f
âxây(x, y)
āļāļāļāļâM
ây=
âN
âx
āļāļ (x, y) āđāļāđāļāđāļĄāļ11āļāļāļĪāļĐāļāļāļāđāļĨāļ°āļāļēāļĢāļāļŠāļāļāđāļ [16], Theorem 7.5
2.8. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļĄāļāļāļĢāļ 39
(āļŠāļ§āļāļāļŠāļāļ) āļŠāļ§āļāļāļāļ°āđāļāļāļŠāļ§āļāļāļĨāļāļāļāļāļŠāļ§āļāļāļŦāļāļ āđāļĨāļ°āđāļāļāļāļāļāļāļāļ§āļāļāļēāļĢāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļĄāļāļāļĢāļāļāļ§āļĒ āļāļēāļĢāļāļŠāļāļāļāļ°āđāļāļāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļ1. āđāļāļĒāđāļĢāļĄāļāļēāļāļŠāļĄāļĄāļāļāļēāļāļāļ§āļē
âM
ây=
âN
âx
āļāļ (x, y) āđāļāđāļāđāļĄāļ2. āđāļāļāļāļāļēāļāđāļĢāļēāļāļāļāļāļēāļĢāđāļŠāļāļāđāļŦāđāļŦāļāļ§āļēāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.32) āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļĄāļāļāļĢāļ āļāļāļāļ āļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļŦāļēāļāļāļāļāļ f āļāļ
âf
âx(x, y) = M(x, y) (2.34)
āđāļĨāļ°âf
ây(x, y) = N(x, y) (2.35)
āļāļ (x, y) āđāļāđāļāđāļĄāļ āđāļāļāļāļāļēāļ āļāļāļāļāļ f āđāļāļāđāļāļāļēāļĄāđāļāļāļāđāļ (2.34) āļāļāļāļf(x, y) =
âŦM(x, y)dx + Ï(y), (2.36)
āđāļĄāļ âŦM(x, y)dx āļŦāļĄāļēāļĒāļāļ āļāļēāļĢāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļāļĢāļĨāļāļāļ M(x, y) āđāļāļĒāļāļāļ x āđāļāļĒāļĄāļāļāļ§āļēāļāļ§āđāļāļĢ
y āđāļāļāđāļāļĒāļāļāļēāļāļāļāļ§12 āđāļĨāļ° Ï(y) āđāļāļāļāļāļāļāļāđāļ āđ āļāļāļ y3. āļŦāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļ f āļāđāļāđāļāļĒāļāļāļāļāļ§āđāļāļĢ y
âf
ây(x, y) =
â
ây
âŦM(x, y)dx +
dÏ(y)dy
āļāļāļāļēāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.35) āđāļĢāļēāđāļāļ§āļēN(x, y) =
â
ây
âŦM(x, y)dx +
dÏ(y)dy
āļāļāļāļdÏ(y)
dy= N(x, y)â â
ây
âŦM(x, y)dx
12 āļāļēāļāļāļāļāļĢāļĨāļāļēāļāļāļ§āļēāļĄāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.36) āļāļēāļāļāļ°āļāđāļāļĨāļāļāļēāļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļāļēāļāļāļāļāđāļāļĒāļāļāļĢāļāđāļāļf(x, y) =
ZM(x, y)dx + c,
āđāļĄāļ c āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ āđāļāļāļĒāļēāļāļāļāļĨāļēāļ§āđāļ§āđāļĨāļ§āļ§āļē āđāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļāļĢāļĨ āđāļĢāļēāļāļ°āļĄāļāļāļ§āļēāļāļ§āđāļāļĢ y āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āļāļāļ āļāļāļāļāđāļāļāļāļāļēāļāļāļ§āļēāļĄāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.36) āļāļ°āļāļ§āļāļāļ§āļĒāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ āđāļĢāļēāļāļāļāđāļāļĨāļĒāļāđāļāļāļāļ§āļāļāļ§āļĒāļāļāļāļāļāđāļ āđ āļāļāļ y āđāļāļ
40 āļāļāļ 2. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŦāļāļ
4. āđāļāļāļāļāļēāļ âM(x, y)âyāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļ āļāļāļāļ
â
ây
âŦM(x, y)dx =
âŦâM(x, y)
âydx
āđāļĨāļ°āđāļāļ§āļēÏ(y) =
âŦ [N(x, y)â
âŦâM(x, y)
âydx
]dy
5. āđāļāļāļāļēāļĨāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.36) āđāļāļ§āļēf(x, y) =
âŦM(x, y)dx +
âŦ [N(x, y)â
âŦâM(x, y)
âydx
]dy
āļāđāļŠāļāļāļ§āļē āđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļŦāļēāļāļāļāļāļ f āļāđāļāļāđāļāļāļēāļĄāđāļāļāļāđāļ (2.34) āđāļĨāļ° (2.35) āļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ(2.32) āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļĄāļāļāļĢāļ 2
āļŦāļĄāļēāļĒāđāļŦāļ āļāļēāļāļāļĪāļĐāļāļāļ 2.3 āđāļāļāļēāļĢāļāļŠāļāļāļŠāļ§āļāļāļŠāļāļ āļāļāļāļāļāļ 2 āļāļāļēāļāļāļēāļāļāļ°āđāļĢāļĄāļŠāļĄāļĄāļāđāļŦ f āđāļāļāđāļāļāļēāļĄāđāļāļāļāđāļ (2.36) āļāļāļ āļāļāļāļ
f(x, y) =âŦ
N(x, y)dy + Ï(x),
āđāļāļĒāļ Ï(x) āđāļāļāļāļāļāļāļāđāļ āđ āļāļāļ x āđāļĨāļ°āđāļāļāļēāļĢāļāļŠāļāļāļāļģāļāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļ āđāļĢāļēāļāļāļ°āđāļf(x, y) =
âŦN(x, y)dy +
âŦ [M(x, y)â
âŦâN(x, y)
âxdy
]dx
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 2.20. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļ(3x2 + 4xy
)dx +
(2x2 + 2y
)dy = 0 (2.37)
āļ§āļāļāļģ āđāļĢāļēāļāļ°āļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļāļĒ1. āļāļĢāļ§āļāļŠāļāļāļ§āļēāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļāļāļĨāļēāļ§āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļĄāļāļāļĢāļāļŦāļĢāļāđāļĄ āļāļāđāļāļāļ
M(x, y) = 3x2 + 4xy āļāļāļāļ âM
ây= 4x
āđāļĨāļ°N(x, y) = 2x2 + 2y āļāļāļāļ âN
âx= 4x
āđāļāļāļāļāļēāļ âM
ây=
âN
âxāļāļāđāļŠāļāļāđāļŦāđāļŦāļāļ§āļēāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.37) āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļĄāļāļāļĢāļ
2.8. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļĄāļāļāļĢāļ 41
2. āļŦāļēāļāļē f
f(x, y) =âŦ
M(x, y)dx + g(y)
=âŦ (
3x2 + 4xy)dx + g(y)
= x3 + 2x2y + g(y)
3. āļŦāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļ f āđāļāļĒāļāļāļāļāļ§āđāļāļĢ yâf
ây= 2x2 +
d g(y)dy
āđāļāļāļāļāļēāļ âf
ây= N āļāļāļāļ
N(x, y) = 2x2 + 2y = 2x2 + gâē(y)
gâē(y) = 2y
4. āļŦāļēāļāļē g(y)
g(y) =âŦ
g(y)dy =âŦ
2ydy = y2 + c1,
āđāļĄāļ c1 āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ5. āđāļĢāļēāđāļāļāļāļāļāļ f āļāļ
f(x, y) = x3 + 2x2y + y2 + c1
āđāļāļāļāļāļēāļāđāļĢāļēāļāļĢāļēāļāļ§āļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļĄāļāļāļĢāļāļāļĒāđāļāļĢāļ f(x, y) = c āđāļāļĢāļēāļ°āļāļ°āļāļ āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.37) āļāļ
x3 + 2x2y + y2 + c1 = c
āđāļĄāļāļĢāļ§āļĄ āļāļēāļāļāļāļ§āļāļāļŠāļāļāļāļēāļāđāļāļēāļāļ§āļĒāļāļ āļāļ°āđāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.37) āđāļāļ
x2 + 2x2y + y2 = c
āđāļĄāļ c āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđāļŦāļĄāļēāļĒāđāļŦāļ āđāļāļāļāļāļāļāļ 5 āđāļĢāļēāļāļēāļāđāļāļĒāļāđāļāļĒāļĨāļ° āļāļēāļāļāļāļ§ c1 āļāđāļ āđāļāļĢāļēāļ°āļāļēāļĒāļāļŠāļ āđāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļāļēāļĒāļāļē c1 āļāļ°āļāļāļāļāļāļāļģāļĄāļēāļĢāļ§āļĄāļāļāļāļē c āļāļēāļāđāļāļāļāđāļ f(x, y) = c āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āļāļ§āđāļŦāļĄ c
42 āļāļāļ 2. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŦāļāļ
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 2.21. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļ(2x cos y + 3x2y
)dx +
(x3 â x2 sin y â y
)dy = 0, y(0) = 2 (2.38)
āļ§āļāļāļģ āđāļĢāļēāļāļ°āļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļāļĒ1. āļāļĢāļ§āļāļŠāļāļāļ§āļēāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļāļāļĨāļēāļ§āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļĄāļāļāļĢāļāļŦāļĢāļāđāļĄ āļāļāđāļāļāļ
M(x, y) = 2x cos y + 3x2y āļāļāļāļ âM
ây= â2x sin y + 3x2
āđāļĨāļ°
N(x, y) = x3 â x2 sin y â y āļāļāļāļ âN
âx= â2x sin y + 3x2
āđāļāļāļāļāļēāļ âM
ây=
âN
âxāļāļāđāļŠāļāļāđāļŦāđāļŦāļāļ§āļēāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.38) āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļĄāļāļāļĢāļ
2. āļŦāļēāļāļē f
f(x, y) =âŦ
M(x, y)dx + g(y)
=âŦ (
2x cos y + 3x2y)dx + g(y)
= x2 cos y + x3y + g(y)
3. āļŦāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļ f āđāļāļĒāļāļāļāļāļ§āđāļāļĢ yâf
ây= âx2 sin y + x3 +
d g(y)dy
āđāļāļāļāļāļēāļ âf
ây= N āļāļāļāļ
N(x, y) = x3 â x2 sin y â y = âx2 sin y + x3 + gâē(y)
gâē(y) = ây
4. āļŦāļēāļāļē g(y)
g(y) =âŦ
g(y)dy =âŦâydy = ây2
2,
āļŦāļĄāļēāļĒāđāļŦāļāļāļ°āļĨāļ°āļāļēāļāļāļāļ§āļāļēāļāļāļēāļĢāļāļāļāđāļāļĢāļāđāļ§āļāļāļāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āļāļ°āđāļāļāļĢāļēāļāļāđāļāđāļāļāļĄf(x, y) = c
2.8. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļĄāļāļāļĢāļ 43
5. āđāļĢāļēāđāļāļāļāļāļāļ f āļāļf(x, y) = x2 cos y + x3y â y2
2= c
āđāļāļāđāļāļāļāđāļāļāļāļāļ y(0) = 2 āđāļāļāļŦāļēāļāļē c0 + 0â 4
2= c
c = â2
āļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļ (2.38) āļāļx2 cos y + x3y â y2
2= â2
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 2.22. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ(yexy + sin y) dx + (xexy + x cos y) dy = 0 (2.39)
āļ§āļāļāļģ āđāļĢāļēāļāļ°āļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļāļĒ1. āļāļĢāļ§āļāļŠāļāļāļ§āļēāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļāļāļĨāļēāļ§āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļĄāļāļāļĢāļāļŦāļĢāļāđāļĄ āļāļāđāļāļāļ
M(x, y) = yexy + sin y āļāļāļāļ âM
ây= exy + xyexy + cos y
āđāļĨāļ°N(x, y) = xexy + x cos y āļāļāļāļ âN
âx= exy + xyexy + cos y
āđāļāļāļāļāļēāļ âM
ây=
âN
âxāļāļāđāļŠāļāļāđāļŦāđāļŦāļāļ§āļēāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.39) āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļĄāļāļāļĢāļ
2. āļŦāļēāļāļē ff(x, y) =
âŦM(x, y)dx + g(y)
=âŦ
(yexy + sin y) dx + g(y)
= exy + x sin y + g(y)
3. āļŦāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļ f āđāļāļĒāļāļāļāļāļ§āđāļāļĢ yâf
ây= xexy + x cos y +
d g(y)dy
44 āļāļāļ 2. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŦāļāļ
āđāļāļāļāļāļēāļ âf
ây= N āļāļāļāļ
N(x, y) = xexy + x cos y = xexy + x cos y + gâē(y)
gâē(y) = 0
4. āđāļāļāļāļāļēāļ gâē(y) = 0 āļāļāļāļ g āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ āļāļāđāļāļāļāļāļ°āļāļāļĨāļ°āđāļ§5. āđāļĢāļēāđāļāļāļāļāļāļ f āļāļ
f(x, y) = exy + x sin y
āļŦāļĢāļ āļāļģāļāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļexy + x sin y = c,
āđāļĄāļ c āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ
2.8. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļĄāļāļāļĢāļ 45
āđāļāļāļāļāļŦāļ1. āļāļāļāļĢāļ§āļāļŠāļāļāļ§āļēāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļĄāļāļāļĢāļāļŦāļĢāļāđāļĄ āļāļēāđāļ āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ(a) (2x + 3y) dx + (3xâ 4) dy = 0
(b) (3x2 â 2y2
)dx +
(6y2 â 4xy
)dy = 0
(c) dy
dx=
2y2 â 4x + 52y â 4xy â 4
(d) cosx cos2 ydx + 2 sin x sin y cos ydy = 0
(e) (sinx tan y + 1) dxâ cosx sec2 ydy = 0
(f) (x2 +
y
x
)dx +
(y2 + lnx
)dy = 0
(g) (ex sin y + tan y) dx +(ex cos y + x sec2 y
)dy = 0
(h) (sinx sin y â xey) dy = (ey + cosx cos y) dx
(i) 2x(1 +
âx2 â y
)dx =
âx2 â ydy
(j) (Îļ2 + 1
)cos r dr + 2Îļ sin r dÎļ = 0
(k) (x + sin y) dx + (x cos y â 2y) dy = 0
(l) yâē =2 + yexy
2y â xexy
2. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļāļāļāđāļāļ(a) yâē =
â2xy
1 + x2, y(2) = â5
(b) â2y
x3dx +
1x2
dy = 0, y(2) = â2
(c) ex3 (3x2y â x2
)dx + ex3
dy = 0, y(0) = â1
(d) yâē =ây2
2xy + 1, y(1) = â2
(e) yâē =2y2(y â x)
4y3 â 6xy2 + 2x2y, y(2) = 3
(āļāļāļģāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļŦāļāļāļŦāļāļē 239)
46 āļāļāļ 2. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŦāļāļ
2.9 āļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļāļāļĢāļāļāļāļāļāļēāļĢāļāļēāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŦāļāļ
M(x, y)dx + N(x, y)dy = 0 (2.40)
āđāļāļāļēāļāļāļĢāļāđāļĢāļēāļāļāļ§āļē âM
ây6= âN
âxāļŦāļĢāļāļāļāļāļ āļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.40) āđāļĄāđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļĄāļāļāļĢāļāļāļāđāļāļ āđāļ
āļāļēāļāļāļ°āļĄāļāļāļāļāļ Âĩ(x, y) āļāļāđāļĄāļāļāļģāđāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.40) āđāļ
Âĩ(x, y)M(x, y)dx + Âĩ(x, y)N(x, y)dy = 0 (2.41)
āđāļĨāļ§āļāļģāđāļŦāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.41) āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļĄāļāļāļĢāļ āļŦāļĢāļāļāļāļâ(ÂĩM)
ây=
â(ÂĩN)âx
2.9.1 āļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļāļāļĢāļāļāļāļāļāļāļĒāļēāļĄ 2.7 (āļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļāļāļĢāļāļāļ). āļāļēāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŦāļāļ (2.40) āđāļĄāđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļĄāļāļāļĢāļ āđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.41) āļāļāđāļāļāļēāļāļāļēāļĢāļāļāļāļāļāļāļ Âĩ(x, y) āļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.40) āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļĄāļāļāļĢāļāđāļĨāļ§ āđāļĢāļēāđāļĢāļĒāļāļāļāļāļāļ Âĩ(x, y) āļ§āļēāļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļāļāļĢāļāļāļ āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.40) (integrating factorof equation (2.40))āļāļ§āļāļĒāļēāļ 2.23. āļāļāđāļŠāļāļāļ§āļē Âĩ(x, y) = xy2 āđāļāļāļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļāļāļĢāļāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ
(2y â 6x)dx + (3xâ 4x2yâ1)dy = 0 (2.42)
āđāļĨāļ° āđāļāļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļāļāļĢāļāļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļ§āļāļāļģ āđāļŦM(x, y) = 2y â 6x āđāļĨāļ° N(x, y) = 3xâ 4x2yâ1 āļāļāļ§āļē
âM
ây= 2 6= 3â 8xyâ1 =
âN
âx
āļāļāđāļŠāļāļāđāļŦāđāļŦāļāļ§āļēāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.42) āđāļĄāđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļĄāļāļāļĢāļāđāļĄāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.42) āļāļ§āļĒ Âĩ(x, y) = xy2 āđāļ
(2xy3 â 6x2y2)dx + (3x2y2 â 4x3y)dy = 0 (2.43)
2.9. āļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļāļāļĢāļāļāļ 47
āđāļŦM(x, y) = 2xy3 â 6x2y2 āđāļĨāļ° N(x, y) = 3x2y2 â 4x3y āļāļāļ§āļēâM
ây= 6xy2 â 12x2y =
âN
âx
āļāļāļāļ āļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.43) āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļĄāļāļāļĢāļ āļāļāļāļ Âĩ(x, y) = xy2 āđāļāļāļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļāļāļĢāļāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.42)āđāļāļĒāļāļāļāļāļāļ§āļāļāļēāļĢāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļĄāļāļāļĢāļ (āļŦāļāļē 39) āđāļĢāļēāđāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ
f(x, y) =âŦ
(2xy3 â 6x2y2)dx + g(y) = x2y3 â 2x3y2 + g(y)
āđāļĨāļ°gâē(y) = N(x, y)â âf
ây= (3x2y2 â 4x3y)â (3x2y2 â 4x3y) = 0
āđāļāļāļāļāļēāļ gâē(y) = 0 āđāļŦ g(y) ⥠0 āļāļāļāļf(x, y) = x2y3 â 2x3y2 = c,
āđāļĄāļ c āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ, āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.42) āđāļĨāļ°āļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.43)āļŦāļĄāļēāļĒāđāļŦāļ āļāļēāļāļāļ§āļāļĒāļēāļ 2.23 āđāļĢāļēāļāļāļ§āļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāđāļāđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.42) āđāļĨāļ°āļŠāļĄāļāļēāļĢ(2.43) āđāļāļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļĢāļāļāļ§āđāļ āļāļēāļĢāđāļāļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļāļāļĢāļāļāļāļāļāđāļāļēāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĢāļāđāļĢāļĄ āđāļāļāđāļŦāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļŦāļĄ āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāđāļāļāļēāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļŦāļĄāļāļēāļāļāļ°āļĄāļāļģāļāļ§āļāļĄāļēāļāļāļ§āļēāļŦāļĢāļāļāļāļĒāļāļ§āļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĢāļāđāļĢāļĄāļāļāđāļāļ y ⥠0 āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.43) āđāļāđāļĄāđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.42) āđāļŦāļāđāļāļĢāļēāļ°āļ§āļēāđāļĢāļēāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.42) āļāļ§āļĒ Âĩ(x, y) = xy2 āļāļāđāļĄāļ y ⥠0 āļāđāļāļēāļāļāļ§āļēāđāļĢāļēāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.42) āļāļ§āļĒ 0 āļāļāđāļāļāļāļāļāļģāđāļŦ y ⥠0 āđāļāļāđāļāļāļēāļ°āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ(2.43) āđāļāđāļĄāđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.42)āļāļ§āļāļĒāļēāļ 2.24. āļāļāđāļŠāļāļāļ§āļē Âĩ(x, y) =
1x2āđāļāļāļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļāļāļĢāļāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ
(2x2 + y)dx + (x2y â x)dy = 0 (2.44)āđāļĨāļ° āđāļāļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļāļāļĢāļāļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļ§āļāļāļģ āđāļŦM(x, y) = 2x2 + y āđāļĨāļ° N(x, y) = x2y â x āļāļāļ§āļē
âM
ây= 1 6= 2xy â 1 =
âN
âx
āļāļāđāļŠāļāļāđāļŦāđāļŦāļāļ§āļēāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.44) āđāļĄāđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļĄāļāļāļĢāļ
48 āļāļāļ 2. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŦāļāļ
āđāļĄāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.42) āļāļ§āļĒ Âĩ(x, y) =1x2āđāļ
(2 + yxâ2)dx + (y â xâ1)dy = 0 (2.45)
āđāļŦM(x, y) = 2 + yxâ2 āđāļĨāļ° N(x, y) = y â xâ1 āļāļāļ§āļēâM
ây=
1x2
=âN
âx
āļāļāļāļ āļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.45) āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļĄāļāļāļĢāļ āļāļāļāļ Âĩ(x, y) =1x2āđāļāļāļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļāļāļĢāļāļāļāļāļāļ
āļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.44)āđāļāļĒāļ§āļāļāļēāļĢāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļĄāļāļāļĢāļ āđāļĢāļēāđāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ
f(x, y) =âŦ
(2 + yxâ2)dx + g(y) = 2xâ yxâ1 + g(y)
āđāļĨāļ°gâē(y) = N(x, y)â âf
ây= (y â xâ1)â (âxâ1) = y
āđāļāļāļāļāļēāļ gâē(y) = y āļāļāļāļ g(y) =y2
2+ c1, āđāļĄāļ c1 āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ āļāļāļāļ
f(x, y) = 2xâ yxâ1 +y2
2+ c1 = c2,
āđāļĄāļ c2 āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ, āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.44) āđāļĨāļ°āļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.45) āļŦāļĢāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļāļŠāļāļ āļāļĒāđāļāļĢāļ
2xâ yxâ1 +y2
2= C, āđāļĄāļ C = c2 â c1
āļŦāļĄāļēāļĒāđāļŦāļ āļāļēāļāļāļ§āļāļĒāļēāļ 2.24 āļāļāļ§āļē x ⥠0 āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.44) āđāļāđāļĄāđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.45) āļāļāđāļāļāđāļāļĢāļēāļ° āđāļĢāļēāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.45) āļāļēāļāļāļēāļĢāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.44) āļāļ§āļĒāļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļāļāļĢāļāļāļ Âĩ =
1x2
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 2.23 āđāļŠāļāļāđāļŦāđāļŦāļāļ§āļēāđāļĄāļāđāļĢāļēāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļ§āļĒāļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļāļāļĢāļāļāļ āđāļĨāļ§āļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ āđāļĢāļēāđāļāļāļģāļāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļŦāļĄāļĄāļāļģāļāļ§āļāļĄāļēāļāļāļ§āļē āļāļģāļāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļāđāļāļĄāđāļāļāļ§āļāļĒāļēāļ 2.24āđāļŠāļāļāđāļŦāđāļŦāļāļ§āļēāđāļĄāļāđāļĢāļēāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļ§āļĒāļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļāļāļĢāļāļāļāđāļĨāļ§āļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĢāļēāļāļĨāļāļŠāļāđāļŠāļĒāļāļēāļāļāļģāļāļāļāđāļ
2.9. āļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļāļāļĢāļāļāļ 49
2.9.2 āļāļēāļĢāļŦāļēāļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļāļāļĢāļāļāļāļāļēāļāđāļāđāļāļāļŦāļēāļāļāļēāļāļĄāļēāļāļāļ§āļē āļāļēāđāļĢāļēāļāļĢāļēāļāļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļāļāļĢāļāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļ
āļŦāļāļ āđāļĢāļēāļāļāļ°āļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļāļāļĨāļēāļ§āđāļāđāļāļāļŦāļēāđāļāļŠāļ§āļāļāļāļ°āļāļģāđāļŠāļāļāļ§āļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļāļāļĢāļāļāļāļāļāļēāļĢāļāļēāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ
Âĩ(x, y)M(x, y)dx + Âĩ(x, y)N(x, y)dy = 0 (2.46)
āđāļāļĒāļāļĪāļĐāļāļāļ 2.6 āļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.46) āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļĄāļāļāļĢāļāļāļāļāđāļĄāļâ
ây[Âĩ(x, y)M(x, y)] =
â
âx[Âĩ(x, y)N(x, y)]
ÂĩâM
ây+ M
âÂĩ
ây= Âĩ
âN
âx+ N
âÂĩ
âx
āļāļāļāļāļĢāļāđāļŦāļĄāđāļāđāļāļM
âÂĩ
âyâN
âÂĩ
âx= Âĩ
(âN
âxâ âM
ây
)(2.47)
āđāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ(2.47)āļāļāđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļĒāļāļĒāļāļāđāļāļāđāļĢāļāļāļāļĒāļāļĒāļēāļāđāļĨāļ°āļāļāļāļāļāļāļāļāļēāļāļāļ°āļĒāļāļĒāļēāļāļāļ§āļēāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ M(x, y)dx + N(x, y)dy = 0 āđāļāļĒāļāļĢāļāļāļ§āļĒāļāļģāđāļāđāļāļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļĢāļāļāļāđāļāļāļāļēāļāļāļ°āļāļģāđāļŦāđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļŦāļēāļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļāļāļĢāļāļāļāđāļ
âĒ āļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļāļāļĢāļāļāļāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļ x āđāļāļēāļāļāđāļāļĢāļēāļ°āļ§āļēāļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļāļāļĢāļāļāļāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļ x, Âĩ = Âĩ(x), āļāļāļāļ âÂĩ
ây= 0 āđāļĨāļ°āļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļ
āļĢāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.47) āđāļāđāļāļdÂĩ
dx= Âĩ
(âM/ây â âN/âx
N
)(2.48)
āđāļĄāļ âM/ây â âN/âx
Nāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļ§āđāļāļĢ x āđāļāļēāļāļ 13
13āđāļāļāļāļāļēāļāļŠāļĄāļĄāļāđāļŦ Âĩ āđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļ x āđāļāļēāļāļ āļāļāđāļāļāļāļēāļĢāļāļāļāļāđāļŦ âM/ây â âN/âx
Nāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļ x āđāļāļĒ
āļāļĢāļĒāļēāļĒ
50 āļāļāļ 2. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŦāļāļ
āļŠāļāđāļāļāđāļāļ§āļēāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.48) āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļĒāļāļāļāđāļ āļāļģāđāļŦāđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļŦāļēāļāļē Âĩ āđāļāđāļāļĒdÂĩ
Âĩ=
[âM/ây â âN/âx
N
]dx
âŦdÂĩ
Âĩ=
âŦ [âM/ây â âN/âx
N
]dx
ln |Âĩ| =âŦ [
âM/ây â âN/âx
N
]dx
|Âĩ| = exp(âŦ [
âM/ây â âN/âx
N
]dx
),
āđāļĄāļ exp(âŦ [
âM/âyââN/âxN
]dx
)= e
ïŋ―R h âM/âyââN/âxN
idxïŋ―, āđāļĨāļ°āđāļāļāļāļāļēāļāđāļĢāļēāļāļāļēāļĢāļāļēāļŦāļē
āļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļāļāļĢāļāļāļāđāļāļĒāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļāļāļŦāļāļ āđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļĨāļ°āđāļāļĢāļāļāļŦāļĄāļēāļĒāļāļēāļŠāļĄāļāļĢāļ āđāļĨāļ°āđāļāļ§āļē āļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļāļāļĢāļāļāļ āļāļ
Âĩ(x) = exp(âŦ [
âM/ây â âN/âx
N
]dx
)
âĒ āļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļāļāļĢāļāļāļāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļ y āđāļāļēāļāļāđāļāļĢāļēāļ°āļ§āļēāļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļāļāļĢāļāļāļāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļ y, Âĩ = Âĩ(y), āļāļāļāļ âÂĩ
âx= 0 āđāļĨāļ°āļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļ
āļĢāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.47) āđāļāđāļāļdÂĩ
dy= Âĩ
(âN/âxâ âM/ây
M
)(2.49)
āđāļĄāļ âN/âxâ âM/ây
Māđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļ§āđāļāļĢ y āđāļāļēāļāļ 14
āļŠāļāđāļāļāđāļāļ§āļēāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.49) āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļĒāļāļāļāđāļ āļāļģāđāļŦāđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļŦāļēāļāļē Âĩ āđāļ āđāļĨāļ°āđāļāļ§āļē āļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļāļāļĢāļāļāļ āļāļ
Âĩ(y) = exp(âŦ [
âN/âxâ âM/ây
M
]dy
)
āļāļēāļāļāļāļŠāļāļāļāļĢāļ āļāļģāđāļŦāđāļĢāļēāļŠāļĢāļāđāļāļāļāļĪāļĐāļāļāļāđāļāļ§āļē
14āđāļāļāļāļāļēāļāļŠāļĄāļĄāļāđāļŦ Âĩ āđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļ y āđāļāļēāļāļ āļāļāđāļāļāļāļēāļĢāļāļāļāļāđāļŦ âN/âxâ âM/ây
Māđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļ y āđāļāļĒ
āļāļĢāļĒāļēāļĒ
2.9. āļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļāļāļĢāļāļāļ 51
āļāļĪāļĐāļāļāļ 2.4. āļāļāļēāļĢāļāļēāļŠāļĄāļāļēāļĢ
M(x, y)dx + N(x, y)dy = 0 (2.50)
āļāļē âM/ây â âN/âx
Nāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļ āđāļĨāļ°āļāļāļāļāļāļ§āđāļāļĢ x āđāļāļēāļāļ āđāļĨāļ§
Âĩ(x) = exp(âŦ [
âM/ây â âN/âx
N
]dx
)(2.51)
āđāļāļāļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļāļāļĢāļāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.50)āļāļē âN/âxâ âM/ây
Māđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļ āđāļĨāļ°āļāļāļāļāļāļ§āđāļāļĢ y āđāļāļēāļāļ āđāļĨāļ§
Âĩ(y) = exp(âŦ [
âN/âxâ âM/ây
M
]dy
)(2.52)
āđāļāļāļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļāļāļĢāļāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.50)
āļāļāļāļāļāļ§āļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļ§āļĒāļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļāļāļĢāļāļāļ1. āļāļāļēāļĢāļāļēāļŠāļĄāļāļēāļĢM dx + Ndy = 0 āļ§āļēāđāļĄāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļĄāļāļāļĢāļ (āļŦāļĢāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļ āđ āļāđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļŦāļēāļāļģāļāļāļāđāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļēāļĢāļāđāļāļāļĨāļēāļ§āļĄāļēāđāļĨāļ§)2. āļāļģāļāļ§āļāļŦāļēāļāļē âM/ây āđāļĨāļ° âN/âx
3. (a) āļāļē âM/ây â âN/âx
Nāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļ x āđāļāļēāļāļ āļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļāļāļĢāļāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ
(2.50) āļāļÂĩ(x) = exp
(âŦ [âM/ây â âN/âx
N
]dx
)
(b) āļāļēâN/âxâ âM/ây
Māđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļy āđāļāļēāļāļāļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļāļāļĢāļāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ(2.50)
āļāļÂĩ(y) = exp
(âŦ [âN/âxâ âM/ây
M
]dy
)
4. āļāļģ Âĩ āļāļŦāļēāđāļāđāļāļāļāđāļāļēāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.50)
ÂĩM dx + ÂĩN dy = 0
āđāļĨāļ§āļāļģāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāđāļāđāļŦāļĄāļāđāļāļŦāļēāļāļģāļāļāļāđāļāļĒāļāļāļēāļĢāļāļēāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļāļāļĨāļēāļ§āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļĄāļāļāļĢāļ
52 āļāļāļ 2. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŦāļāļ
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 2.25. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ(3xy + y2) + (x2 + xy)
dy
dx= 0 (2.53)
āļ§āļāļāļģ āđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļāļĢāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.53) āđāļŦāļĄāđāļāđāļāļ(3xy + y2)dx + (x2 + xy)dy = 0 (2.54)
āļāļāļ§āļēM(x, y) = 3xy + y2 āđāļĨāļ° N(x, y) = x2 + xy āđāļĨāļ°āđāļāļ§āļēâM
ây= 3x + 2y,
âN
âx= 2x + y,
âM/ây â âN/âx
N=
x + y
x2 + xy=
1x
āđāļāļāļāļāļēāļ âM/ây â âN/âx
Nāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļ x āđāļāļēāļāļ āļāļāļāļāļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļāļāļĢāļāļāļ āļāļÂĩ(x) = exp
(âŦ1x
dx
)= e
R1x
dx = x
āđāļĄāļāļāļģ Âĩ āļāđāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.54) āđāļ(3x2y + xy2)dx + (x3 + x2y)dy = 0
āđāļĨāļ°āļāļāļ§āļēâ
ây(3x2y + xy2) = 3x2 + 2xy =
â
âx(x3y + x2y)
āđāļāļĒāļāļāļāļāļāļ§āļāļāļēāļĢāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļĄāļāļāļĢāļ āļāļģāđāļŦāđāļĢāļēāđāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.53) āļāļf(x, y) = x3y +
x2y2
2= c,
āđāļĄāļ c āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđāļāļ§āļāļĒāļēāļ 2.26. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ
y dx + (2xâ yey) dy = 0 (2.55)āļ§āļāļāļģ āļāļāļ§āļēM(x, y) = y āđāļĨāļ° N(x, y) = 2xâ yey āđāļĨāļ°āđāļāļ§āļē
âM
ây= 1,
âN
âx= 2,
âN/âxâ âM/ây
M=
1y
2.9. āļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļāļāļĢāļāļāļ 53
āđāļāļāļāļāļēāļ âN/âxâ âM/ây
Māđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļ y āđāļāļēāļāļ āļāļāļāļāļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļāļāļĢāļāļāļ āļāļÂĩ(y) = exp
(âŦ1ydy
)= e
R1ydy = y
āđāļĄāļāļāļģ Âĩ āļāđāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.55) āđāļy2 dx + (2xy â y2ey) dy = 0
āđāļĨāļ°āļāļāļ§āļēâ
ây(y2) = 2y =
â
âx(2xy â y2ey)
āđāļāļĒāļāļāļāļāļāļ§āļāļāļēāļĢāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļĄāļāļāļĢāļ āļāļģāđāļŦāđāļĢāļēāđāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (2.55) āļāļf(x, y) = xy2 â y2ey + 2yey â 2ey = c,
āđāļĄāļ c āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ
āđāļāļāļāļāļŦāļāļāļāļŦāļēāļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļāļāļĢāļāļāļ āļāļĢāļāļĄāļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļāđāļāļ1. dxâ 2x dy = 0
2. (3x2y + 2xy + y3)dx + (x2 + y2)dy = 0
3. yâē = e2x + y â 1
4. dx + (x/y â sin y)dy = 0
5. (3x2 + y)dx + (x2y â x)dy = 0
6. y dx + (2xy â eâ2y)dy = 0
7. exdx + (ex cot y + 2y csc y)dy = 0
8.[4x3
y2+
3y
]dx +
[3
x
y2+ 4y
]dy = 0
(āļāļāļģāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļŦāļāļāļŦāļāļē 240)
54 āļāļāļ 2. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŦāļāļ
2.10 āļŠāļĢāļāđāļāļĒāļāļ§āđāļ āđāļĢāļēāļāļ°āđāļāļĒāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŦāļāļ āđāļāļĢāļāļāļāļāļāļ
dy
dx= f(x, y)
āļŦāļĢāļ āļĢāļāļāļāđāļāļāđāļĢāļāđāļāļĒāļĨM(x, y)dx + N(x, y)dy = 0
āđāļāļĒāļ x āđāļāļāļāļ§āđāļāļĢāļāļŠāļĢāļ° āđāļĨāļ° y āđāļāļāļāļ§āđāļāļĢāđāļĄāļāļŠāļĢāļ°āđāļāļāļāļ āđāļāļāļģāđāļŠāļāļāļ§āļāļāļēāļĢāđāļāļāļāļŦāļē āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŦāļāļāļĢāļāđāļāļāļāļēāļ āđ āđāļāđāļâĒ āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļĒāļēāļāļāļēāļĒ (āļŦāļ§āļāļ 2.2 āļŦāļāļē 12)
dy
dx= f(x)
âĒ āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĒāļāļāļāđāļ (āļŦāļ§āļāļ 2.3 āļŦāļāļē 13)dy
dx=
g(x)h(y)
âĒ āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļ (āļŦāļ§āļāļ 2.5 āļŦāļāļē 21)dy
dx= f
(y
x
)
âĒ āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļŠāļ (āļŦāļ§āļāļ 2.6 āļŦāļāļē 28)dy
dx+ p(x)y = q(x)
âĒ āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļĢāļāļĨāļĨ (āļŦāļ§āļāļ 2.7 āļŦāļāļē 33)dy
dx+ p(x)y = q(x)yn
âĒ āđāļĨāļ° āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļĄāļāļāļĢāļ (āļŦāļ§āļāļ 2.8 āļŦāļāļē 36)
M(x, y)dx + N(x, y)dy = 0,âM
ây=
âN
âx
2.10. āļŠāļĢāļ 55
āđāļāļāļēāļĢāļĻāļāļĐāļēāđāļĢāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāđāļ āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļ āļāļāđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļĄāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ āļāļĢāļēāļāļāļāļĒāđāļāđāļāļāļēāļĢāļĻāļāļĐāļēāđāļĢāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ āļāļēāļāļāļĢāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāđāļ āļāļāļāđāļāļāđāļāļāļēāļĄāđāļāļāļāđāļāļāļēāļāļāļĒāļēāļāļāļāļģāļŦāļāļāđāļŦ āļāļāđāļāļāļŦāļēāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļāļāļāļēāļĢāļĻāļāļĐāļēāđāļĢāļāļāļ āđāļāļāļāļāļĨāļēāļ§āļāļāđāļāļŦāļ§āļŦāļ§āļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļ (āļŦāļ§āļāļ 2.4 āļŦāļāļē 19)āđāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļāļāļ āđāļĢāļĄāļāļāđāļāļĒāļāļēāļĢāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ āđāļĨāļ°āļāļĨāđāļāļĨāļĒ
āļāđāļāļāļāļāđāļāļāđāļāļāļēāļĄāđāļāļāļāđāļāļāļēāļāļāļāļāļāļāļģāļŦāļāļ āļāļāļāļģāđāļŦāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļāđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ°
āļāļāļ 3āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļ
āđāļāļāļŦāļēāļāļāļ°āļāļĨāļēāļ§āļāļāļāļāđāļāļ āļāļ āļāļĪāļĐāļāļāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļ1 (second-order differential equation) āđāļĨāļ° āļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļ§āļĒ āđāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļ āļĄāđāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļŠāļ§āļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļ
āļāļ āļāļģāļāļ§āļāđāļāļāļāļāļ āļāļāļāļāđāļāļāļŦāļēāđāļāļŠāļ§āļāđāļĢāļāļāļāļāļāļ āļāļ°āļāļĨāļēāļ§āļāļāļāļģāļāļ§āļāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļāđāļāļāđāļĨāļ°āđāļāļāļŦāļēāđāļāļŠāļ§āļāļāđāļŦāļĨāļāļāļāļāļāļ āļāļ°āļāļģāđāļŠāļāļāļ§āļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļāđāļāļāļēāļāļĢāļāđāļāļ āļĢāļ§āļĄāļāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļ āļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļ āđāļĨāļ° āļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļ
3.1 āļāļģāļāļ§āļāđāļāļāļāļāļāļāļāļēāļĢāļāļēāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļģāļĨāļāļŠāļāļx2+1 = 0, āļāļāļ§āļēāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāđāļĄāļĄāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļ āđāļāļĢāļēāļ°āļ§āļēāđāļĄ
āļĄāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļāđāļ āđ āļāļĒāļāļāļģāļĨāļāļŠāļāļāđāļĨāļ§āļĄāļāļēāđāļāļāļĨāļ āđāļāļāļāļāļĢāļŠāļāļĻāļāļ§āļĢāļĢāļāļ 16 āļŠāļāļĨāļāļĐāļ ââ1
āđāļāļāļāđāļŠāļāļāļāļāļĄāļē āđāļāļāļāļ°āđāļŦāđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļģāļĨāļāļŠāļāļ x2 + 1 = 0 āđāļĢāļēāđāļĢāļĒāļāļŠāļāļĨāļāļĐāļāļ (āļāļāļ āļēāļĒāļŦāļĨāļāļāļĒāļĄāđāļāļĒāļāđāļāļāļŠāļāļĨāļāļĐāļāļāļāļ§āļĒ i) āļ§āļēāļāļģāļāļ§āļāļāļāļāļ āļēāļ (imaginary number) āđāļāļĒāļāļāļģāļāļ§āļāļāļāļāļ āļēāļāļ āđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļģāļĄāļēāđāļāđāļāļĢāļ°āļāļāļāļāļāļāļāļāļ§āđāļ (āļāļ§āļ, āļĨāļ, āļāļ, āļŦāļēāļĢ āđāļĨāļ° āļāļāļāļĢāļēāļ)āđāļāđāļŦāļĄāļāļāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļ āđ āđāļāļĒāļāđāļāđāļāļāļāļēāļāļāļāļ āļāļģāļĨāļāļŠāļāļāļāļāļāļāļēāļāļĄāļāļēāđāļāļâ1 āļāļāļāļ āđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļģāļĨāļāļŠāļāļ x2 + 1 = 0 āđāļāđāļāļ
x2 + 1 = x2 â i2 = (x + i)(xâ i)
āļāļāđāļāļ§āļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļ x = Âąi
āđāļĢāļēāļĢāļ§āļĄāđāļĢāļĒāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļ, āļāļģāļāļ§āļāļāļāļāļ āļēāļāđāļĨāļ°āļāļēāļāļāļāļāļāļĢāļ°āļŦāļ§āļēāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļāđāļĨāļ°āļāļģāļāļ§āļāļāļāļāļ āļēāļ(āđāļāļ 2i, â9i, 10
11 i , 2 + 3i, 2â 3i
4, â5 + i āđāļāļāļāļ) āļ§āļēāļāļģāļāļ§āļāđāļāļāļāļāļ (complex numbers)2
1āļāļāļāļāļĒāļēāļĄāđāļĢāļāļāļāļāļāļ āļŦāļāļē 22āļāļēāļāđāļāļāļŦāļēāđāļĢāļāļāļāļģāļāļ§āļāđāļāļāļāļāļāđāļāļĄāđāļāļĄāđāļāđāļ [5, 13]
57
58 āļāļāļ 3. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļ
3.1.1 āļĢāļāđāļāļāđāļĨāļ°āļāļāļŠāļĄāļāļāļāļāļāļāļģāļāļ§āļāđāļāļāļāļāļāđāļĢāļēāļĄāļāđāļāļĒāļāļāļģāļāļ§āļāđāļāļāļāļāļāđāļāļĢāļ
z = a + bi,
āđāļĄāļ a āđāļĨāļ° b āđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļāđāļ āđ āđāļĨāļ° i =ââ1
âĒ āđāļĢāļēāđāļĢāļĒāļ a āļ§āļē āļŠāļ§āļāļāļĢāļ (real part) āļāļāļāļāļģāļāļ§āļāđāļāļāļāļāļ z āđāļĢāļēāđāļāļĒāļāđāļāļāļāļ§āļĒāļŠāļāļĨāļāļĐāļRe(z)
âĒ āđāļĨāļ°āđāļĢāļĒāļ b āļ§āļē āļŠāļ§āļāļāļāļāļ āļēāļ (imaginary part) āļāļāļāļāļģāļāļ§āļāđāļāļāļāļāļ z āđāļĢāļēāđāļāļĒāļāđāļāļāļāļ§āļĒāļŠāļāļĨāļāļĐāļ Im(z)
āđāļāļāļēāļāļāļĢāļ āđāļĢāļēāļāļēāļāđāļāļĒāļāļāļģāļāļ§āļāđāļāļāļāļāļ z āđāļāļĢāļāļāļāļāļāļ3 (a, b) āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļāļāļēāļ āđ āļāļāļāļāļģāļāļ§āļāđāļāļāļāļāļ
āđāļŦ z1 = a + bi, z2 = c + di āđāļĨāļ° z3 = e + fi āđāļāļāļāļģāļāļ§āļāđāļāļāļāļāļāđāļ āđ āđāļāļĒ a, b, c, d, e āđāļĨāļ° f
āđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļāđāļ āđ āđāļĨāļ§âĒ āļāļēāļĢāđāļāļēāļāļ: z1 = z2 āļāļāļāđāļĄāļ a = c āđāļĨāļ° b = d
âĒ āļāļēāļĢāļāļ§āļ :z1 + z2 = (a + c) + (b + d)i
âĒ āļāļēāļĢāļĨāļ :z1 â z2 = (aâ c) + (bâ d)i
âĒ āļāļēāļĢāļāļ : z1z2 = (acâ bd) + (ad + bc)i
âĒ āļāļēāļĢāļŠāļĨāļāļāļāļēāļĢāļāļ§āļ : z1 + z2 = z2 + z1
âĒ āļāļēāļĢāļŠāļĨāļāļāļāļēāļĢāļāļ : z1z2 = z2z1
âĒ āļāļēāļĢāđāļāļĨāļĒāļāļāļĨāļĄāļāļēāļĢāļāļ§āļ : z1 + (z2 + z3) = (z1 + z2) + z3
âĒ āļāļēāļĢāđāļāļĨāļĒāļāļāļĨāļĄāļāļēāļĢāļāļ : z1(z2z3) = (z1z2)z3
3āđāļāļāļ§āļāļāļāļĻāļāļ§āļĢāļĢāļĐāļ 19 āļāļēāļĢāļĨ āļāļĢāļāļĢāļ āđāļāļēāļŠ (Carl Friedrich Gauss, 1777-1855) āđāļĨāļ° āđāļāļāļĢ āļ§āļĨāđāļĨāļĒāļĄ āđāļĢāđāļ§āļ āđāļŪāļĄāļĨāļāļ (Sir William Rowan Hamilton, 1805-1865) āđāļāļāļāđāļŠāļāļāļāļāđāļāļ§āļāļāļāļēāļĢāļāļĒāļēāļĄāļāļģāļāļ§āļāđāļāļāļāļāļāđāļāļĢāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļ (a, b) āđāļĨāļ°āļāļāļŠāļĄāļāļāļāļēāļ āđāļāļāļāļāļģāļāļ§āļāđāļāļāļāļāļ āļāļāđāļāļēāļŠāđāļĨāļ°āđāļŪāļĄāļĨāļāļāđāļāļāļģāđāļŠāļāļāđāļĢāļāļāļāđāļāļāļ§āļāđāļ§āļĨāļēāđāļāļĨāđāļāļĒāļāļāļ āđāļāļĒāļāļāļāļāđāļĄāđāļāļāļāđāļĢāļāļāļāļĢāļ§āļĄāļāļāļĄāļēāļāļāļāđāļāļ§āļāļ§āļēāļĄāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļģāđāļŠāļāļ āļĒāļāļāļāđāļāļāļĒāļāļāļāļāļāļāļāļāļ
3.1. āļāļģāļāļ§āļāđāļāļāļāļāļ 59
âĒ āļāļēāļĢāļāļĢāļ°āļāļēāļĒ : z1(z2 + z3) = z1z2 + z1z3
âĒ āļŠāļāļĒāļāđāļāļāļāļāļ (complex conjugate) : z1 = a + bi = aâ bi
âĒ āļāļēāļŠāļĄāļāļĢāļ (absolute value) āļŦāļĢāļ āļĄāļāļāļĨāļŠ (modulus) : |z1| =â
z1z1 =â
a2 + b2 āļāļāđāļāļ§āļē z1z1 = |z1|2
âĒ āļāļēāļĢāļŦāļēāļĢ : z1
z2=
z1
z2
z2
z2=
z1z2
|z2|2
âĒ āļāļēāļĢāļāļ§āđāļĄāļāļāļāļģāļāļ§āļāđāļāļāļāļāļāļŦāļĨāļ (principal argument) : Arg(z1) = tanâ1
(b
a
),
āļāļāļāļ Arg(z1) â (âÏ, Ï]
âĒ āļāļēāļĢāļāļ§āđāļĄāļāļāļāļģāļāļ§āļāđāļāļāļāļāļ (argument of a complex number) : arg(z1) = Îļ, āđāļāļĒāļtan Îļ =
b
aāļāļāļāļ arg(z1) = Arg(z1) + 2nÏ, n = . . . ,â2,â1, 0, 1, 2, . . .
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 3.1. āđāļŦ z1 = 3 + 4i āđāļĨāļ° z2 = 2â 5i āđāļĢāļēāđāļāļ§āļē
âĒ āļāļēāļĢāļāļ§āļ: z1 + z2 = (3 + 4i) + (2â 5i) = (3 + 2) + (4â 5)i = 5â i
âĒ āļāļēāļĢāļĨāļ: z1 â z2 = (3 + 4i)â (2â 5i) = (3â 2) + (4 + 5)i = 1 + 9i
âĒ āļāļēāļĢāļāļ: z1z2 = (3 + 4i)(2â 5i) = (3 · 2â 4 · (â5)) + (3 · (â5) + 4 · 2) i = 26 + 2i
âĒ āļŠāļāļĒāļāđāļāļāļāļāļ: z1 = 3 + 4i = 3â 4i āđāļĨāļ° z2 = 2â 5i = 2 + 5i,
âĒ āļāļēāļŠāļĄāļāļĢāļ: |z1| =â
32 + 42 =â
25 = 5 āđāļĨāļ° |z2| =â
22 + (â5)2 =â
29
âĒ āļāļēāļĢāļŦāļēāļĢ: z1
z2=
3 + 4i
2â 5i=
(3 + 4i2â 5i
) (2 + 5i
2 + 5i
)=
(3 + 4i)(2 + 5i)29
= â1429
+1329
i
âĒ āļāļēāļĢāļāļ§āđāļĄāļāļāļāļģāļāļ§āļāđāļāļāļāļāļāļŦāļĨāļ: Arg(z1) = tanâ1(
43
) āđāļĨāļ° Arg(z2) = tanâ1(â5
2
)
âĒ āļāļēāļĢāļāļ§āđāļĄāļāļāļāļģāļāļ§āļāđāļāļāļāļāļ: arg(z1) āļāļ āļĄāļĄ Îļ āļāļ tan Îļ =43
āđāļĨāļ° arg(z2) āļāļ āļĄāļĄ Îļ āļāļ tan Îļ = â52
60 āļāļāļ 3. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļ
3.1.2 āļāļģāļāļ§āļāđāļāļāļāļāļāđāļāđāļāļāđāļĢāļāļēāļāļāļāļāļēāļāļāļģāļāļ§āļāđāļāļāļāļāļ a + bi āļāļēāđāļĢāļēāļāļāļēāļĢāļāļēāđāļāđāļāļāļāļāļāļāļ (a, b) āđāļĢāļēāļāļēāļāļāļ°āđāļāļāļāļģāļāļ§āļāđāļāļāļāļāļ
āđāļāļĨāļāļĐāļāļ°āļāļāļāļāļāđāļāļĢāļ°āļāļēāļ āļŦāļĢāļāđāļ§āļāđāļāļāļĢāļāļĄāļāļāđāļĢāļĄāļāļāļāļāļāļāļģāđāļāļ āđāļĨāļ°āļāļāļāļĨāļēāļĒāļāļāļ (a, b) āļāđāļāđāļĢāļēāđāļĢāļĒāļāļĢāļ°āļāļēāļāļāļāļāļĨāļēāļ§āļ§āļēāļĢāļ°āļāļēāļāđāļāļāļāļāļ (complex plane)āđāļĢāļēāđāļĢāļĒāļāđāļāļ x āđāļāļĢāļ°āļāļēāļāđāļāļāļāļāļāļ§āļē āđāļāļāļāļĢāļ (real axis) āđāļĨāļ°āđāļĢāļĒāļāđāļāļ y āļ§āļē āđāļāļāļāļāļāļ āļēāļ
(imaginary axis)
āļĢāļāļ 3.1. āļĢāļ°āļāļēāļāđāļāļāļāļāļāļāļē (a, b) 6= (0, 0) āđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļāļāļāļē a āđāļĨāļ° b āđāļāļĢāļ°āļāļāļāļāļāđāļāļāļāļ§ (polar coordinate) āđāļāđāļāļ
a = r cos Îļ, b = r sin Îļ,
āđāļĄāļ r = |(a, b)| āđāļĨāļ° Îļ āđāļāļāļĄāļĄāļāđāļ§āļāđāļāļāļĢ (a, b) āļāļģāļāļāđāļāļāļāļĢāļ (āļāļĢāļ 3.1 āļāļĢāļ°āļāļāļ) āļāļāļāļāļāļģāļāļ§āļāđāļāļāļāļāļ z = a + bi āļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļāļĒāļāđāļāđāļāļĢāļāđāļāļāļāļ§āđāļāļāļāļāļ (complex polar form) āđāļāđāļāļ
z = r (cos Îļ + i sin Îļ)
āđāļĨāļ°āđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļŠāļāļāđāļāļ§āļē4 eiÎļ = cos Îļ + i sin Îļ āļāļāļāļ āđāļāļāļāļ§āļēāļĄāļŠāļ°āļāļ§āļ āļāļēāļāļāļĢāļāđāļĢāļēāļāļēāļāļāļ°āđāļāļĒāļz āđāļāļĢāļāļāļāļāļāļāđāļĨāļāļāļāļģāļĨāļāđāļāļāļāļāļ (complex exponential form)
z = reiÎļ,
āđāļĄāļ r = |z| āđāļĨāļ° Îļ = arg z
4āļāļāļēāļĢāļāļŠāļāļ eiÎļ = cos Îļ + i sin Îļ āđāļ [6]
3.1. āļāļģāļāļ§āļāđāļāļāļāļāļ 61
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 3.2.
âĒ āļāļē z =â
3 + i āļāļāļāļ
r = |z| =â
(â
3)2 + 12 = 2, āđāļĨāļ° Îļ = tanâ1 1â3
=Ï
6,
āļāļāļāļ āđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļāļĒāļ z āđāļāļĢāļāļāļāļāđāļāļāļāļ§āđāļāđāļāļ
z = 2(cos
Ï
6+ i sin
Ï
6
) āļŦāļĢāļ z = 2ei Ï6
âĒ āļāļē z = â1 + i āļāļāļāļ
r = |z| =â
(â1)2 + 12 =â
2, āđāļĨāļ° tan Îļ =1â1
= â1,
āđāļĢāļēāļāļĢāļēāļāļ§āļē āļāļ tan(âÏ
4
) āđāļĨāļ° tan(
3Ï4
) āļāļ°āļĄāļāļēāđāļāļēāļāļ â1 āđāļŦāļĄāļāļāļāļāđāļāđāļāļāļāļāļēāļ z āļāļĒāđāļāļāļāļ āļēāļāļāļŠāļāļ (second quadrant) āđāļĢāļēāļāļ°āđāļāļ§āļēāļĄāļĄ Îļ = 3Ï
4 āļāļāļāļ āđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļāļĒāļz āđāļāļĢāļāļāļāļāđāļāļāļāļ§āđāļāđāļāļ
z =â
2(
cos3Ï
4+ i sin
3Ï
4
)āļŦāļĢāļ z =
â2ei 3Ï
4
āļŦāļĄāļēāļĒāđāļŦāļ āļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļģāļāļ§āļāđāļāļĄ n āđāļ āđ,
reiÎļ+2nÏ = r (cos(Îļ + 2nÏ) + i sin(Îļ + 2nÏ)) = r (cos Îļ + i sin Îļ) = reiÎļ
āļāđāļŠāļāļāđāļŦāđāļŦāļāļ§āļēāđāļĄāđāļāļĄāļĢāļāļāļāļāđāļāļāļāļ§āđāļāļĒāļāļŦāļāļāđāļāļĒāļ§āļāđāļāđāļāļāļāļģāļāļ§āļāđāļāļāļāļāļzāļāļāļāļāļāļēāļāļāļ§āļāļĒāļēāļ3.2 āđāļĢāļēāļāļēāļāđāļāļĒāļâ3 + i āđāļāļĢāļāđāļāļāļāļ§āđāļāđāļāļ . . ., 2eiâ11
6Ï, 2ei Ï
6 , 2ei 136
Ï, . . ., 2ei[Ï6+2nÏ], . . . āđāļāđāļĢāļē
āļĄāļāļāļĒāļĄāđāļŦ Îļ āđāļāļāļāļēāļĢāļāļ§āđāļĄāļāļāļāļģāļāļ§āļāđāļāļāļāļāļāļŦāļĨāļ āļŦāļĢāļ Îļ â (âÏ, Ï] āļāļāđāļāļ
3.1.3 āļāļāļāļāļāđāļĨāļāļāļāļģāļĨāļāđāļāļāļāļāļ āđāļĨāļ° āđāļāļĨāļāļĨāļŠāļāļāļāļāļāļāļāļāđāļĨāļāļāļāļģāļĨāļāđāļāļāļāļāļāđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļĒāļēāļĒāđāļāļ§āļāļ§āļēāļĄāļāļāļāļēāļāļāļāļāļāļāđāļĨāļāļāļāļģāļĨāļ ex, āđāļĄāļ x āđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļāđāļāļŠāļāļāļāļāļ
āđāļĨāļāļāļāļģāļĨāļāđāļāļāļāļāļ ez (complex exponential function) āđāļĄāļ z = a + bi āđāļĨāļ° a, b āđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļāđāļāđ āđāļāđāļāļ
ez = ea+bi = eaebi = ea (cos b + i sin b)
62 āļāļāļ 3. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļ
āļāļāļŠāļĄāļāļāļāļēāļ āđ āļāļāļāļāļāļāļāļāđāļĨāļāļāļāļģāļĨāļāđāļāļāļāļāļ5āđāļŦ z1 = a + bi, z2 = c + di āđāļāļāļāļģāļāļ§āļāđāļāļāļāļāļāđāļ āđ āđāļāļĒ a, b, c āđāļĨāļ° d āđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļāđāļ āđ āđāļĨāļ§1. ez1ez2 = ez1+z2 = e(a+b)+(c+d)i = ea+b [cos(c + d) + i sin(c + d)]
2. ez1
ez2= ez1âz2 = e(aâb)+(câd)i = eaâb [cos(câ d) + i sin(câ d)]
3. (ez1)n = enz1 = ena [cos(nb) + i sin(nb)], āđāļĄāļ n āđāļāļāļāļģāļāļ§āļāđāļāļĄāđāļ āđ4. nâ
ez1 = ea+(b+2kÏ)i
n = ea/n
[cos
b + 2kÏ
n+ i sin
b + 2kÏ
n
], k = 1, . . . , nâ1. āđāļĨāļ°n āđāļāļ
āļāļģāļāļ§āļāđāļāļĄāļāļ§āļāđāļ āđ5. e2nÏi = cos(2nÏ) + i sin(2nÏ) = 1 + 0i = 1, ez+2nÏi = eze2nÏi = ez · 1 = ez
6. e(2n+1)Ïi = cos ((2n + 1)Ï) + i sin ((2n + 1)Ï) = â1 + 0i = â1
7. âĢâĢeiÎļâĢâĢ = |cos Îļ + i sin Îļ| =
âcos2 Îļ + sin2 Îļ = 1
8. |ez1 | = |ea [cos b + i sin b]| = ea
9. |ez1ez2 | = |ez1 | |ez2 |
10. arg(ez1) = arg (ea [cos b + i sin b]) = b
āđāļĨāļ°āļāļāļāļāļēāļāļ āđāļĢāļēāļĒāļāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļĒāļēāļĄāļāļāļāļāļāđāļĨāļ°āļāļēāļĢāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļāļĢāļĨ āļāļāļāļāļāļāļāļāđāļĨāļāļāļāļģāļĨāļāđāļāļāļāļāļāđāļ āđāļāļĒāļāļ°āļĄāļĨāļāļĐāļāļ°āđāļŦāļĄāļāļāļāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļāļāļāļ āđāļĨāļ° āļāļēāļĢāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļāļĢāļĨ āļāļāļāļāļāļāļāļāđāļĨāļāļāļāļģāļĨāļāļāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļ11. āđāļŦ f(z) = ez āļāļāļāļ āļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāđāļĨāļāļāļāļģāļĨāļāđāļāļāļāļāļāļāļ
dez
dz= f âē(z) = lim
hâ0
f(x + h)â f(x)h
= ez
12. deaz
dz= aez
13.âŦ
ezdz = ez + c, āđāļĄāļ c āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ14.
âŦeazdz =
eaz
a+ c, āđāļĄāļ c āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ
5āļāļāļēāļĢāļāļŠāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāđāļĨāļāļāļāļģāļĨāļāđāļāļāļāļāļāđāļāđāļ [5, 6, 13]
3.1. āļāļģāļāļ§āļāđāļāļāļāļāļ 63
3.1.4 āļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļŦāļāļēāļĄāđāļāļāļāļĢāļŠāļāļĻāļāļĢāļēāļ 1799, āđāļāļēāļŠāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļŠāļāļāđāļāļ§āļē āļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļāļāļēāļĄ
anxn + anâ1xnâ1 + · · ·+ a1x + a0 = 0, (3.1)
āđāļĄāļ a0, a1, . . . , an āđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļāđāļ āđ, an 6= 0, n âĨ 1, āļĄāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļāļģāļāļ§āļāđāļāļāļāļāļ6 āđāļĨāļ°āļāļāļāđāļŦāļāļāļāļ§āļēāļāļ āđāļāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļŠāļāļāđāļāļ§āļē āļāļēāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļa0, a1, . . . , an āđāļāļāļāļģāļāļ§āļāđāļāļāļāļāļ āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļŦāļāļēāļĄāļ āļāļĒāļāļāļāļāļĒāđāļāļĢāļ°āļāļāļāļģāļāļ§āļāđāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāđāļĢāļēāđāļĢāļĒāļāļŠāļāļāđāļāļēāļŠāļāļŠāļāļāļāļ§āļēāļāļĪāļĐāļāļāļāļĄāļĨāļāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļ (fundamental theorem of algebra) āļāļ§āļāļĪāļĐāļāļāđāļāđāļŠāļāļāđāļŦāđāļŦāļāļ§āļēāđāļĢāļēāđāļĄāļāļģāđāļāļāļāļāļāļŠāļĢāļēāļāļĢāļ°āļāļāļāļ§āđāļĨāļāļāļāļ§āđāļāļāļ§āļēāļāļģāļāļ§āļāđāļāļāļāļāļāļāļ āđāļāļāļāļ°āđāļāđāļāļāļēāļĢāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļŦāļāļēāļĄāļāļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāđāļāļāļāļģāļāļ§āļāđāļāļāļāļāļāđāļŦāļĄāļāļāļāļāļāđāļĢāļēāļāļāļāļŠāļĢāļēāļāļĢāļ°āļāļāļāļģāļāļ§āļāđāļāļāļāļāļ āđāļāļāđāļāđāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļŦāļāļēāļĄāļāļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļāđāļĨāļ°āđāļĢāļēāđāļĢāļĒāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļŦāļāļēāļĄāļāļ§āļē āļĢāļēāļ (roots) āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĢāļēāļāļēāļāļāļ°āđāļāļĒāļāļāļĪāļĐāļāļāļāļĄāļĨāļāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļ7 āđāļāđāļāļāļ āļēāļĐāļēāļāļāļāļĻāļēāļŠāļāļĢāđāļāđāļāļ
āļāļĪāļĐāļāļāļāļĄāļĨāļāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļ 3.1. āļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļŦāļāļēāļĄāļāļģāļĨāļ n (3.1) āđāļ āđ āđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļĒāļāļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļāđāļŦāļāļĒāđāļāļĢāļ
an(xâ z1)(xâ z2) · · · (xâ zn) = 0
āļāļģāļāļ§āļ n āļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļ āđāļāđāļŠāļĄāļ, āđāļĄāļ z1, . . . , zn āđāļāļāļāļģāļāļ§āļāđāļāļāļāļāļ (āļāļāļēāļāļāļ°āļĄāļāļēāļāļāļēāļāļģāļāļāļāđāļ)āđāļĨāļ°āđāļĢāļĒāļ z1, . . . , zn āļ§āļēāļĢāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.1)āļāļ§āļāļĒāļēāļāļĢāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļŦāļāļēāļĄâĒ āļĢāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļģāļĨāļāļŠāļāļ (roots of quadratic equation)
ax2 + bx + c = 0
āļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļĒāļāļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļāđāļāđāļāļa(xâ z1)(xâ z2) = 0
6āđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļāļēāļĢāļāļēāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļ a āđāļ āđ āļ§āļēāđāļāļāļāļģāļāļ§āļāđāļāļāļāļāļāđāļ āđāļāļĒāđāļŦ a āļĄāļāļēāđāļāļ a + 0i āļŦāļĢāļ (a, 0) āđāļāļĢāļ°āļāļāļāļģāļāļ§āļāđāļāļāļāļāļ
7āļāđāļāļ§āļāļāđāļāļāļēāļĢāļāļŠāļāļāđāļāđāļ [9]
64 āļāļāļ 3. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļ
āļāļĨāđāļāļĨāļĒ : z1, z2 =âbÂąâb2 â 4ac
2a
āļāļē a, b āđāļĨāļ° c āđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļ āđāļĢāļēāđāļĢāļĒāļ D = b2 â 4ac āļ§āļēāļāļŠāļāļĢāļĄāđāļāļāļ (discriminant) āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļģāļĨāļāļŠāļāļ āđāļĨāļ°
z1, z2 =
āļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļāļāđāļāļāļāļēāļāļāļ āļāļēD > 0
āļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļāļāđāļŦāļĄāļāļāļāļ āļāļēD = 0
āļāļģāļāļ§āļāđāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļŠāļāļĒāļāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāđāļĨāļ°āļāļ āļāļēD < 0
âĒ āļĢāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļģāļĨāļāļŠāļēāļĄ (roots of cubic equation)x3 + a2x
2 + a1x + a0 = 0
āļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļĒāļāļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļāđāļāđāļāļ(xâ z1)(xâ z2)(xâ z3) = 0
āđāļŦQ = 3a1â(a2)2
9 , R = 9a1a2â27a0â2(a2)2
54 ,
S = 3
âR +
âQ3 + R2, T = 3
âRâ
âQ3 + R2
āļāļĨāđāļāļĨāļĒ :
z1 = S + T â 13a2
z2 = â12(S + T )â 1
3a2 + 12 iâ
3(S â T )
z3 = â12(S + T )â 1
3a2 â 12 iâ
3(S â T )
āļāļē a0, a1 āđāļĨāļ° a2 āđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļ āđāļĢāļēāđāļĢāļĒāļD = Q3 + R2 āļ§āļēāļāļŠāļāļĢāļĄāđāļāļāļ āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļģāļĨāļāļŠāļēāļĄ āđāļĨāļ°
z1, z2, z3 =
āļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļāļŦāļāļāļāļģāļāļ§āļāđāļĨāļ°āļāļģāļāļ§āļāđāļāļāļāļāļāļāļ āđāļāļ āļŠāļ āļĒāļ āđāļāļāļāļāļ āļāļāļāļāđāļĨāļ°āļāļ āļŠāļāļāļāļģāļāļ§āļ
āļāļēD > 0
āļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļģāļāļ§āļāđāļĨāļ°āļĄāļāļĒāļēāļāļāļāļĒāļŠāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāđāļŦāļĄāļāļāļāļ āļāļēD = 0
āļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļāļāđāļāļāļāļēāļāļāļ āļāļēD < 0
āļāļāļāļāļēāļāļāļĒāļāļāļāļ§āļēz1 + z2 + z3 = a2, z1z2 + z2z3 + z3z1 = a1, z1z2z3 = âa0
3.1. āļāļģāļāļ§āļāđāļāļāļāļāļ 65
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 3.3. āļāļāđāļĒāļāļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ2x2 + 2x + 3 = 0
āļ§āļāļāļģ āđāļĢāļēāđāļāļ§āļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļz1, z2 =
â2Âąâ22 â 4 · 2 · 32 · 2 =
â2Âąââ204
= â12Âąâ
52
i
āļāļāļāļāđāļĢāļēāđāļĒāļāļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļāđāļāđāļāļ2(xâ z1)(xâ z2) = 2(x +
12ââ
52
i)(x +12
+â
52
i)
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 3.4. āļāļāļŦāļēāļĢāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢz2 â (4 + 3i)z + (1 + 5i) = 0
āļ§āļāļāļģ āđāļāļĒāļŠāļāļĢāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĢāļēāđāļāļ§āļēz1, z2 =
4 + 3iÂąâ
(4 + 3i)2 â 4(1 + 5i)2
=4 + 3iÂąâ3 + 4i
2
āļāļāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļēâ3 + 4i : āļŠāļĄāļĄāļāđāļŦ x + yi =â
3 + 4i, āđāļāļĒāļ x āđāļĨāļ° y āđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļ āļāļāļāļ(x + yi)2 = 3 + 4i
(x2 â y2) + 2xyi = 3 + 4i
āđāļĄāļāđāļāļĢāļĒāļāđāļāļĒāļāļŠāļ§āļāļāļĢāļ āđāļĨāļ° āļŠāļ§āļāļāļāļāļ āļēāļāđāļĢāļēāđāļāļ§āļēx2 â y2 = 3 āđāļĨāļ° 2xy = 4
āļāļēāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļēāļāļāļēāļāļāļ§āļēāļĄāļ āđāļĢāļēāđāļ y =2xāđāļĄāļāļāļģāđāļāđāļāļāļāļēāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļēāļāļāļēāļāļāļēāļĒāļĄāļ āđāļĢāļēāđāļ
x2 â 4x2
= 3
x4 â 3x2 â 4 = 0
(x2 â 4)(x2 + 1) = 0
āļāļēāļāļāļĢāļāļ āđāļĢāļēāđāļ x = Âą2,Âąi āđāļāđāļāļāļāļāļēāļāđāļĢāļēāļāļģāļŦāļāļāđāļŦ x āđāļĨāļ° y āđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļāļāļāļāļ āđāļĢāļēāļāļ°āđāļx = Âą2
66 āļāļāļ 3. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļ
āđāļĄāļ x = 2 āđāļ y =2x
= 1 āđāļĨāļ°āđāļĄāļ x = â2 āđāļ y = â1 āļāļāļāļ āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļz1, z2 =
4 + 3iÂą (2 + i)2
z1 = 3 + 2i z2 = 1 + i
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 3.5. āļāļāļŦāļēāļĢāļēāļāļ 4 āļāļāļ â4
āļ§āļāļāļģ āļāļēāļāđāļāļāļĒāđāļĢāļēāļāļēāļāļāļ°āđāļāļĒāļāđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļŦāļāļēāļĄāđāļāđāļāļz4 = â4 āļŦāļĢāļ z4 + 4 = 0
āđāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ āđāļĢāļēāļāļ°āđāļāļĒāļ â4 āđāļāļĢāļāļāļāļāļāļāļĒāļāļāļģāļĨāļāđāļāļāļāļāļāđāļāđāļāļ8
z4 = eln 4+iÏ
āļāļāļāļz = e
ln 4+(Ï+2kÏ)i4 , k = 0, 1, 2, 3
āļāļāļāļ°āļĄāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļz1 = e
ln 44
+Ï4i, z2 = e
ln 44
+ 3Ï4
i,
z3 = eln 44
+ 5Ï4
i, z4 = eln 44
+ 7Ï4
i
āļāļāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļāļĒāļāđāļāđāļāļz1 =
â2e
Ï4i =
â2(cos
Ï
4+ i sin
Ï
4) = 1 + i,
z2 =â
2e3Ï4
i =â
2(cos3Ï
4+ i sin
3Ï
4) = â1 + i,
z3 =â
2e5Ï4
i =â
2(cos5Ï
4+ i sin
5Ï
4) = â1â i,
z4 =â
2e7Ï4
i =â
2(cos7Ï
4+ i sin
7Ï
4) = 1â i
8āđāļĢāļēāļāļ°āđāļāļĒāļ â |a| āđāļāļĢāļāļāļāļāļāļāļāļāļāđāļĨāļāļĒāļāļāļģāļĨāļ eln|a|+iÏ āļŦāļĢāļ āđāļāļĢāļāđāļāļāļāļ§ |a| (cosÏ + i sin Ï), āđāļĄāļ a āđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļāđāļ āđ āļāđāļĄāđāļāļ 0
3.1. āļāļģāļāļ§āļāđāļāļāļāļāļ 67
āđāļāļāļāļāļŦāļ1. āļāļāđāļŠāļāļāļ§āļē
i4n+1 = i, i4n+2 = â1, i4n+3 = âi, i4n+4 = 1,
āđāļĨāļ°1
i4n+1= âi,
1i4n+2
= â1,1
i4n+3= i,
1i4n+4
= 1,
āđāļĄāļ n = 1, 2, 3, . . .
2. āļāļāļŦāļēāļĢāļāđāļāļāļāļ§āđāļāļāļāļāļ āđāļĨāļ° āļĢāļāļāļāļāļāļāđāļĨāļāļāļāļģāļĨāļāđāļāļāļāļāļāļāļāļ(a) 3 + 4i
(b) 5â 2i
(c) â14
(d) 23i
(e) â12 + 13i
(f) â12â 13i
(g) 7
(h)â
2 +â
2i
ââ3 +â
2i
(i) â3 +â
5i
(j)â
32â 3
2i
(k) â 2iâ2 +
â2i
(l) ln 2 + i ln 4
3. āļāļē z1 = 3 + 4i āđāļĨāļ° z2 = 5â 2i āļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāđāļāļāđāļāļĢāļ x + yi āđāļĄāļ x āđāļĨāļ° y āđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļāđāļ āđ
(a) z1 + z2
(b) z1 â z2
(c) z1z2
(d) 1z1
(e) 1z2
(f) z1
z2
(g) 4z1 + 2z2
(h) âz1 + z2i
(i) (z1)108
(j) z1
z1 + z2
(k) z1 + z2
z1 â z2
(l) z1z2
z1â z2
4. āļāļāđāļŠāļāļāļ§āļē(a) z1 + z2 = z1 + z2
(b) |z1z2| = |z1| |z2|
(c) |z1| = |z1|
(d) z1z2 = z1 · z2
(e) |zn1 | = |z1|n
(f)(
z1
z2
)=
z1
z2
(g)âĢâĢâĢâĢz1
z2
âĢâĢâĢâĢ =|z1||z2|
(h) Arg(z1) =Ï
2â Arg(z1)
68 āļāļāļ 3. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļ
5. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļŦāļĄāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļŦāļāļēāļĄāļāļāđāļāļ(a) z2 + 5 = 0
(b) z2 + z + 1â i = 0
(c) z4 = 4
(d) z4 = 4i
(e) z2 â (5 + i)z + 8 + i = 0
(f) z4 â 2(1 + 3i)z2 â 8 + 6i = 0
(g) z8 = 1
(h) z4 â 4z3 + 6z2 â 4z + 1 = 0
3.2 āļĢāļāđāļāļāļĄāļēāļāļĢāļāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļāļĢāļāđāļāļāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļāļāļ
d2y
dx2= f(x, y,
dy
dx),
āđāļāļĒāļ f āđāļāļāļāļāļāļāļāđāļ āđ āļāļāļ x, y āđāļĨāļ° dy
dx, x āđāļāļāļāļ§āđāļāļĢāļāļŠāļĢāļ°, y āđāļāļāļāļ§āđāļāļĢāđāļĄāļāļŠāļĢāļ°āđāļĨāļ° dy
dx
āđāļĨāļ° d2y
dx2āđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļ y āđāļāļĒāļāļāļ x āļāļāļāļāļāļŦāļāļ āđāļĨāļ° āļāļŠāļāļ āļāļēāļĄāļĨāļģāļāļ
āļŦāļĢāļāđāļāļāļēāļāļāļĢāļ āđāļĢāļēāļāļēāļāđāļāļĒāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļ āđāļāļĢāļ
yâēâē = f(x, y, yâē),
āđāļĄāļ yâēâē āļŦāļĄāļēāļĒāļāļ d2y
dx2āđāļĨāļ° yâē āļŦāļĄāļēāļĒāļāļ dy
dx
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 3.6. āļāļ§āļāļĒāļēāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļ
âĒ F = md2ydt2 āļāļāļāļāļāļŠāļāļāļāļāļāļāļ§āļāļ (Newtonâs second law)
âĒ FāļŠāļāļĢāļ = md2ydt2
= âky āļāļāļāļāļāļŪāļ (Hookeâs law)
âĒ FāđāļĢāļāđāļŠāļĒāļāļāļēāļ = myâēâē = âbyâēāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļāļāđāļāļāļāļēāļĢāļŠāļ(vibration motion equation)
âĒ myâēâē + byâē + ky = Fāļ āļēāļĒāļāļāļ(t)āļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļāļāđāļāļāļāļēāļĢāļŠāļāļāļāļāļĄāđāļĢāļāļ āļēāļĒāļāļāļ(vibration motion equation with external force)
âĒ d2q
dt2+
R
L
dq
dt+
1LC
q =1L
E(t) āļāļāļāļāļāļāļĢāļāļŪāļāļāļ (Kirchhoffâs loop law)
3.3. āļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļ 69
āļŠāļģāļŦāļĢāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļ āļāļāļēāļĒāļāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļŠāļ āļāļ°āļāļĒāđāļāļĢāļd2y
dx2= f(x) āļŦāļĢāļ yâēâē = f(x)
āļāļ āļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļ āđāļāļĒāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļāļĢāļĨāđāļāļĒāļāļĢāļyâē =
âŦf(x)dx + c1,
y =âŦ [âŦ
f(x)dx + c1
]dx + c2
=âŦ [âŦ
f(x)dx
]dx + c1x + c2,
āđāļĄāļ c1 āđāļĨāļ° c2 āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ
3.3 āļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāđāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒ āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŦāļāļ āđāļĢāļēāļāļāļ§āļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļŦāļēāđāļ āļāļ°
āļĄāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ (arbitrary constant) āļāļĢāļēāļāļāļāļĒ 1 āļāļģāļāļ§āļ āđāļĨāļ°āļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļ āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāđāļ āļāļāļ°āļāļĢāļēāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ 2 āļāļģāļāļ§āļāđāļĨāļ°āđāļāļĒāļāļĪāļĐāļāļāļ9āļāļāļ§āļē āļŠāļģāļŦāļĢāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļ nāļāļ āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļ°āļāļĢāļēāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ āļāļĒ n āļāļģāļāļ§āļāđāļāļāļāļāļāļēāļāļĄāļē āđāļāļāļĨāļēāļ§āļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļ 10 āļāļāļāļĢāļ°āļāļāļāļāļ§āļĒâĒ āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļâĒ āđāļāļāļāđāļ āļāļāļāļāļāđāļāļāđāļāļāļāđāļāļāļŠāļĄāļāļāļāļāļāļāļē x āđāļāļĒāļāļāļēāđāļāļĒāļ§āđāļāļēāļāļ
āđāļāļāļēāļĢāļāļ°āļāļģāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ āļāļāļĢāļēāļāļāļāļĒāđāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒ āļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŦāļāļ āļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļĄāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ āļāļĢāļēāļāļāļāļĒāđāļāļĒāļāļāļēāđāļāļĒāļ§ āđāļĢāļēāđāļāđāļāļāļāđāļāđāļāļĒāļ 1 āđāļāļāļāđāļ āđāļĢāļēāļāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ°āđāļ āđāļāļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļ āđāļĢāļēāļāļģāđāļāļāļāļāļāļĄāļāļĒāļēāļāļāļāļĒāļŠāļāļāđāļāļāļāđāļ āđāļāļāļāļāļ°āļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļģāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āļāļāļŠāļāļāļāļēāļāļāļĢāļēāļāļāļāļĒāđāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒ āļĒāļāļāļ§āļāļĒāļēāļāđāļāļ
9āļāļĢāļēāļĒāļĨāļ°āđāļāļĒāļāđāļāļĄāđāļāļĄāđāļ [18]10āļāļāļāļāļĒāļēāļĄāđāļĨāļ°āļĢāļēāļĒāļĨāļ°āđāļāļĒāļāđāļĢāļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļāđāļāļŦāļ§āļāļ 2.4 āļŦāļāļē 19
70 āļāļāļ 3. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļ
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 3.7. āļŠāļĄāļāļēāļĢyâēâē + y = 0 (3.2)
āļĄāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāđāļāļāļ y = c1 cosx + c2 sinx, āđāļĄāļ c1 āđāļĨāļ° c2 āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ (āļāļāļēāļāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļĢāļ§āļāļŠāļāļāđāļ āļ§āļēāđāļāļāđāļāļĨāļĒāđāļāļĒāļāļēāļĢāđāļāļāļāļē y āļĨāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.2))āļāļēāļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.2) āļĄāđāļāļāļāđāļāļāļēāļāļāļāļāđāļāļĒāļ y(0) = 0 āđāļĢāļēāļāļ°āđāļāļ§āļē
0 = c1 cos 0 + c2 sin 0 = c1
āļāļāļāļ āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļāļāļāļŦāļē
yâēâē + y = 0, y(0) = 0
āļāļ y = c2 sinx āđāļāļāļēāļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.2) āļĄāļāļāđāļāļāļāđāļ y(0) = 0 āđāļĨāļ° yâē(0) = 1 āđāļĢāļēāđāļ
yâē = c2 cosx
yâē(0) = c2 cos 0 = c2
c2 = 1
āļāļāđāļāļ§āļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ°āļāļāļāļāļāļāļāļŦāļē āļāļ y = sinx
āđāļĨāļ°āļŠāļģāļŦāļĢāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļ n āđāļĢāļēāļāļģāđāļāļāļāļāļāļĄāļāļĒāļēāļāļāļāļĒ n āđāļāļāļāđāļ āđāļāļāđāļāđāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ°āļāļ§āļāļĒāļēāļ 3.8. āļāļāļēāļĢāļāļēāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļ āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠ
(x2 â 4)d4y
dx4+ 2x
d2y
dx2+ (sinx)y = 0
y(0) = 0, yâē(0) = 0, yâēâē(0) = 0, yâēâēâē(0) = 0(3.3)
āļāļāļāļāļŦāļēāļāļāļāļĨāļēāļ§ āļāļĢāļ°āļāļāļāļāļ§āļĒāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠ āđāļĨāļ° āđāļāļāļāđāļāļāļāļāļ 4 āđāļāļāļāđāļ āđāļĨāļ°āļāļāļāļāļŦāļēāļāļĄāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļĒāļāļŦāļāļāđāļāļĒāļ§11 āļāļ
y(x) = 0
11āļāļāļĪāļĐāļāļāļāļāļēāļĢāļĄāļāļĢāļ āđāļĨāļ° āļĄāļāļĒāļŦāļāļāđāļāļĒāļ§ āļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļ(existence and uniqueness theorem) āđāļāđāļ [18]
3.3. āļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļ 71
āļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļāļāļāļāļāļēāļĢāļŠāļāļāđāļāļāļāđāļāđāļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ°āđāļāļāļēāļāļāļĢāļāđāļāļāļāđāļāđāļĄāđāļāļāļāđāļŦāļĄāļēāđāļāļĨāļāļĐāļāļ°āļāļāļāđāļāļāļāđāļāļāļēāļāļāļāļāđāļāđāļŦāļĄāļēāđāļāļĨāļāļĐāļāļ°
y(x1) = k1 āđāļĨāļ° y(x2) = k2, (3.4)āđāļāļĒāđāļāļāđāļāļāļāđāļāļāļāļ x1 āđāļĨāļ° x2 āļāđāļāļāļāļēāļāļāļāđāļĢāļēāđāļĢāļĒāļāđāļāļāļāđāļ (3.4) āļ§āļēāđāļāļāļāđāļāļāļāļ (boundary condition) āđāļĨāļ°āđāļĢāļĒāļāļāļāļāļāļŦāļē āļāļĄāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļ
āļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļ āđāļĨāļ° āđāļāļāļāđāļ (3.4) āļ§āļēāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļ (boundary-valued problem)āđāļĨāļ°āļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāđāļ āļāļ°āļāļāļēāļĢāļāļēāđāļāļāļēāļ°āđāļāļāļ§āļx â [m, M ], āđāļĄāļ m āļāļ āļāļēāļāļāļāļĒāļāļ§āļē
āļĢāļ°āļŦāļ§āļēāļ x1 āđāļĨāļ° x2 āđāļĨāļ° M āļāļāļāļēāļāļĄāļēāļāļāļ§āļēāļĢāļ°āļŦāļ§āļēāļ x1 āđāļĨāļ° x2 (m = min{x1, x2}, M =
max{x1, x2}) āļāļāļāļ°āđāļāļāļāļēāļāļāļēāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļ āļāđāļĢāļēāļāļ°āļāļāļēāļĢāļāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ°āđāļāļĒāļēāļāđāļāļĨāđāļāļĒāļāļāļāļāļēāļāļāļāļ x0
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 3.9. āļāļāļēāļĢāļāļēāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļyâēâē + y = 0, y(0) = 3, y(
Ï
2) = â3 (3.5)
āļāļēāļāļāļ§āļāļĒāļēāļ 3.7 āđāļĢāļēāļāļĢāļēāļāđāļĨāļ§āļ§āļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļy = c1 cosx + c2 sinx, āđāļĄāļ c1 āđāļĨāļ° c2 āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ āđāļĨāļ°āđāļĄāļāđāļāļāđāļāļāļāđāļāđāļĢāļēāđāļāļ§āļē
3 = c1 cos(0) + c2 sin(0)
= c1 · 1 + c2 · 0
= c1
āđāļĨāļ°â3 = 3 cos(
Ï
2) + c2 sin(
Ï
2)
= c2 · 1
= c2
āļāļāļāļ āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļāļāļāļŦāļē (3.5) āļāļy = 3 cos xâ 3 sin x, x â [0,
Ï
2]
72 āļāļāļ 3. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļ
āļāļāļēāļāļĄāļē āđāļāļāļĨāļēāļ§āđāļ§āļ§āļē āđāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ°āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļ n āđāļĢāļēāļāļāļāļāļēāļĢāđāļāļāļāđāļāļāļĒāļēāļāļāļāļĒ n āđāļāļāļāđāļ āđāļāļāđāļāļāļģāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ āļāļģāļāļ§āļ n āļāļ§ āđāļāļāļ§āļāļĒāļēāļāļāļāđāļ āļāļ°āđāļŠāļāļāđāļŦāđāļŦāļāļ§āļēāđāļāļāļēāļāļāļĨāļāļāļāļāļēāļāļāļ°āđāļĄāļāļĢāļ āļāļāļāļ āļāļāđāļĄāļĄāđāļāļāļāđāļāļāļģāļāļ§āļ n āđāļāļāļāđāļ āđāļāđāļĢāļēāļāļēāļāļāļ°āđāļĄāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļģāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ āđāļŦāļŦāļĄāļāđāļāđāļāļāļ§āļāļĒāļēāļ 3.10. āļāļāļēāļĢāļāļēāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļ
yâēâē + y = 0, y(0) = 3, y(Ï) = â3 (3.6)āļāļēāļāļāļ§āļāļĒāļēāļ 3.7 āđāļĢāļēāļāļĢāļēāļāđāļĨāļ§āļ§āļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļ
y = c1 cosx + c2 sinx,
āđāļĄāļ c1 āđāļĨāļ° c2 āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ āđāļĨāļ°āđāļĄāļāđāļāļāđāļāļāļāđāļāđāļĢāļēāđāļāļ§āļē3 = c1 cos(0) + c2 sin(0)
= c1 · 1 + c2 · 0
= c1
āđāļĨāļ°â3 = 3 cos(Ï) + c2 sin(Ï)
= 3 · (â1)
= â3
āļāļāļāļ āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļāļāļāļŦāļē (3.6) āļāļy = 3 cosx + c2 sinx, x â [0, Ï]
āļāļēāļāļāļ§āļāļĒāļēāļāļ āļāļāļēāļāđāļŦāļāđāļāļ§āļē āļāļāđāļĄāļ§āļēāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļ (3.6) āļāļāđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļāđāļĨāļ°āļĄāđāļāļāļāđāļāļāļāļāļŠāļāļāđāļāļāļāđāļāļāļāļēāļĄāđāļāļāļāđāļāļāļāļāļĨāļēāļ§ āđāļĄāđāļāļāļ§āļĒāđāļŦāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ°āđāļ
3.4. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļŠāļ 73
āđāļāļāļāļāļŦāļāļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ°āļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļāļāđāļāļ1. yâēâē + 4y = 0, y(0) = 3, y(Ï/2) = â3
āđāļĄāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļ y = c1 cos(2x) + c2 sin(2x), c1 āđāļĨāļ° c2 āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ2. yâēâē â 25y = 0, y(â2) = y(2) = cosh 10
āđāļĄāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļ y = c1e5x + c2e
5x, c1 āđāļĨāļ° c2 āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ āđāļĨāļ°coshx =
ex + eâx
2
3. yâēâē + 2yâē + 2y = 0, y(0) = 1, y(Ï/2) = 0
āđāļĄāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļ y = eâx (c1 cosx + c2 sinx) , c1 āđāļĨāļ° c2 āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ4. yâēâē â 2yâē + y = 0, y(0) = 2, y(1) = e
āđāļĄāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļ y = ex (c1 + c2x) , c1 āđāļĨāļ° c2 āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ
3.4 āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļŠāļāļāļēāļāļāļāļāļĒāļēāļĄ 1.3 āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļŠāļ (āļŦāļāļē 2) āđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļāļĒāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāđāļāļāđāļŠāļ
āļāļāļāļāļāļŠāļāļ āđāļāđāļāļa2(x)
d2y
dx2+ a1(x)
dy
dx+ a0(x)y = b(x),
āđāļĄāļ a2(x) 6= 0 āđāļĨāļ° a2, a1, a0, b āđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļ§āđāļāļĢ xāđāļāļāļāļāļēāļ a2(x) 6= 0 āđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļŦāļēāļĢāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāđāļāļāđāļŠāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļāļāļāļāļĨāļēāļ§
āļāļ§āļĒ a2(x) āđāļĨāļ° āđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļāļĒāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāđāļāļāđāļŠāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļāđāļāđāļāļyâēâē + p(x)yâē + q(x)y = r(x), (3.7)
āđāļĄāļ p(x) =a1(x)a2(x), q(x) =
a0(x)a2(x)āđāļĨāļ°r(x) =
b(x)a2(x)
āļāļē r(x) ⥠0 (āļāļāļāļ r(x) = 0 āļāļ āđ āļāļē x āļāļāļĒāđāļāļāļ§āļāļāļāļāļēāļĢāļāļē) āļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.7) āļāļ°āļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļāđāļāļĒāļāđāļāđāļāļ
yâēâē + p(x)yâē + q(x)y = 0, (3.8)
74 āļāļāļ 3. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļ
āđāļĨāļ°āđāļĢāļēāđāļĢāļĒāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļ§āļē āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļ 12 (homogeneous equation) āđāļ āļāļē r(x) 6= 0 āđāļĢāļēāđāļĢāļĒāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.7) āļ§āļē āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ (nonhomogeneous equation)āđāļāļāļāļ§āļēāļĄāļŠāļ°āļāļ§āļāđāļāļāļāļāđāļĢāļēāļāļ°āđāļāļāļģāļ§āļēâāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļŠāļâāđāļāļāļāļģāļ§āļēâāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļ
āđāļāļāđāļŠāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļâāļāļē p(x) āđāļĨāļ° q(x) āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§ āđāļĢāļēāđāļĢāļĒāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ āļ§āļēāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļŠāļāļāļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 3.11.
âĒ āļŠāļĄāļāļēāļĢ yâēâē + 3xyâē + x3y2 = ex
āđāļĄāđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļŠāļâĒ āļŠāļĄāļāļēāļĢ (sinx)yâēâē + (cosx)yâē + tan
âx = 0
āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļŠāļ āđāļāđāļĄāđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļâĒ āļŠāļĄāļāļēāļĢ yâēâē + 3xyâē + x3y = ex
āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļŠāļ āđāļāđāļĄāđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļâĒ āļŠāļĄāļāļēāļĢ yâēâē + 3xyâē + x3y = 0
āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļŠāļ āđāļĨāļ°āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļâĒ āļŠāļĄāļāļēāļĢ yâēâē + 3yâē + 5y = ex
āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļŠāļāļāļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§ āđāļāđāļĄāđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļâĒ āļŠāļĄāļāļēāļĢ yâēâē + 3yâē + 5y = 0
āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļŠāļāļāļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§ āđāļĨāļ°āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļ
12āļŠāļāđāļāļāļ§āļē āļāļģāļ§āļēââāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļâ āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŦāļāļāđāļĨāļ° āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļ āļāļ°āđāļāđāļāļāļ§āļēāļĄāļŦāļĄāļēāļĒāļāđāļāļāļāļēāļāļāļ
3.5. āļāļĪāļĐāļāļāļāļĄāļĨāļāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļ 75
āđāļāļāļāļāļŦāļāļāļāļāļĢāļ§āļāļŠāļāļāļ§āļēāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļŠāļāļāļāļāđāļāļ āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļŠāļāļŦāļĢāļāđāļĄ āļāļēāđāļ āđāļŦāļĢāļ°āļāļ§āļēāđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļŦāļĢāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļāļāļĢāļāļĄāļāļāļĢāļ°āļāļāļ§āļĒāļ§āļēāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļāļāļĨāļēāļ§āļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āļŦāļĢāļāđāļĄ
1. 6d2y
dx2+
dy
dx= xy
2. yâēâē + (1â x)yâē + xy = sin x
3. xyâēâē â yyâē = sin x
4. d2y
dx2â x
dy
dx+ y = 0
5. 3t2d2x
dt2= t
dx
dt+ 4xâ ln t
6. d2Îļ
dx2= cos Îļ
7. d2y
dÎļ2+ y = tan Îļ
8. d2s
dx2+ 3
ds
dxâ s1/2 = x2
(āļāļāļģāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļŦāļāļāļŦāļāļē 241)
3.5 āļāļĪāļĐāļāļāļāļĄāļĨāļāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļ°āļāļĨāļēāļ§āļāļāļāļĪāļĐāļāļāļāļĄāļĨāļāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļ āđāļĢāļēāļāļ°āļāļāļēāļĢāļāļēāļāļ§āļāļĒāļēāļāļāļāđāļāļāļāļāļ
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 3.12. āļāļāļēāļĢāļāļēāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļ
yâēâē â 3yâē + 2y = 0 (3.9)
āđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļĢāļ§āļāļŠāļāļāđāļāļ§āļē y1 = ex āđāļĨāļ° y2 = e2x āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.9) āļāļāļāļāļēāļāļāļĒāļāļāļāļ§āļē 2ex +3e2x,âex +
â2e2x āđāļĨāļ° (ln 2)ex â (ln 3)e2x
2āļāļāļāđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.9) āļāļ§āļĒ āđāļĄ
āđāļāļĒāļāđāļāļēāļ āđāļĄāļ§āļēāļāļ°āđāļĨāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ c1 āđāļĨāļ° c2 āđāļĨāļ°āđāļŦ
y = c1ex + c2e
2x
āļāļāđāļāļ§āļēyâē = c1e
x + 2c2e2x āđāļĨāļ° yâēâē = c1e
x + 4c2e2x
āļāļģāđāļŦ
yâēâē â 3yâē + 2y =(c1e
x + 4c2e2x
)â 3(c1e
x + 2c2e2x
)+ 2
(c1e
x + c2e2x
) ⥠0
76 āļāļāļ 3. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļ
āļāđāļŠāļāļāļ§āļē āļāļē ex āđāļĨāļ° e2x āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.9) y = c1ex + c2e
2x āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļ (3.9) āļāļ§āļĒāđāļŦāļĄāļāļāļāļāļāļāļāļĒāļēāļĄ 3.1. āđāļŦ f1 āđāļĨāļ° f2 āđāļāļāļāļāļāļāļāđāļ āđ āļāļāļĒāļēāļĄāļāļāđāļāđāļĄāļāđāļĨāļ°āđāļāđāļĄāļāļĢāļ§āļĄāđāļāļĒāļ§ (codomain)āđāļāļĒāļ§āļāļāđāļĢāļēāđāļĢāļĒāļāļāļāļāļāļ
f(x) = c1f1(x) + c2f2(x),
āđāļĄāļ c1 āđāļĨāļ° c2 āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ āļ§āļē āļāļĨāļĢāļ§āļĄāđāļāļāđāļŠāļ (linear combination) āļāļāļ f1 āđāļĨāļ° f2
āļāļēāļāđāļāļ§āļāļ§āļēāļĄāļāļāļāđāļāļāļĨāļēāļ§āļĄāļēāđāļāļĒāļ§āļāļ āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļĒāđāļāļĢāļāļāļāļāļāļĨāļĢāļ§āļĄāđāļāļāđāļŠāļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļģāđāļāļŠāļāļĪāļĐāļāļāļāļĄāļĨāļāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļ (fundamental theorem on homogeneous equations)āļāļāļāļāļĪāļĐāļāļāļāļĄāļĨāļāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļ 3.2. āļŠāļģāļŦāļĢāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļ
yâēâē + p(x)yâē + q(x)y = 0, (3.10)āļāļē y1 āđāļĨāļ° y2 āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļāđāļĨāļ§ āļāļĨāļĢāļ§āļĄāđāļāļāđāļŠāļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļŠāļāļ
y = c1y1 + c2y2,
āđāļĄāļ c1 āđāļĨāļ° c2 āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ āļāļĒāļāļāļāđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļ (3.10) āļāļ§āļĒāļāļŠāļāļ āđāļĢāļēāļāļģāļāļēāļĢāļāļŠāļāļāđāļāļĒāļāļēāļĢāđāļāļāļāļē y āļĨāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.10)āđāļāļāļāļāļēāļ
yâē = c1yâē1 + c2y
âē2 āđāļĨāļ° yâēâē = c1y
âēâē1 + c2y
âēâē2
āđāļĄāļāđāļāļāļĨāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ āđāļĢāļēāđāļāļ§āļēyâēâē + p(x)yâē + q(x)y =
(c1y
âēâē1 + c2y
âēâē2
)+ p(x)
(c1y
âē1 + c2y
âē2
)+ q(x) (c1y1 + c2y2)
= c1
(yâēâē1 + p(x)yâē1 + q(x)y1
)ïļļ ïļ·ïļ· ïļļ
=0 āđāļāļāļāļāļēāļ y1 āđāļāļāļāļģāļāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ+c2
(yâēâē2 + p(x)yâē2 + q(x)y2
)ïļļ ïļ·ïļ· ïļļ
=0 āđāļāļāļāļāļēāļ y2 āđāļāļāļāļģāļāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ= c10 + c20 = 0
āļāđāļŠāļāļāđāļŦāđāļŦāļāļ§āļē āļāļĨāļĢāļ§āļĄāđāļāļāđāļŠāļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļ āđ āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļ (3.10) āļĒāļāļāļāđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļ§āļĒ 2
3.5. āļāļĪāļĐāļāļāļāļĄāļĨāļāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļ 77
āļāļĪāļĐāļāļāļāļ āđāļāļāļĨāļēāļ§āļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļŦāļĄ āļāđāļāļāļēāļāļāļēāļĢāļĢāļ§āļĄāđāļāļāđāļŠāļ āļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļ āđāļĢāļēāļŦāļēāļĄāļēāđāļāļāļāļāļŦāļāļēāļ āđāļāļāļĪāļĐāļāļāļāļāļāđāļāļāļ°āļāļĨāļēāļ§āļāļ āļĢāļāđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļŦāļĄāļāļāđāļāļāđāļāđāļ āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļŠāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļāļāļĪāļĐāļāļāļāļāļāļ°āļāļĨāļēāļ§āļāļāļ āļāđāļāļāļāļ°āđāļĄāđāļŠāļāļāļāļēāļĢāļāļŠāļāļāđāļ§ āđāļāļāļāļēāļāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļāļēāļĢāļāļŠāļāļāđāļāđāļ [18]āļāļĪāļĐāļāļāļ 3.3. āļāļē y1 āđāļĨāļ° y2 āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļ
yâēâē + p(x)yâē + q(x)y = 0, (3.11)āļāļāļāļĒāļēāļĄāļāļāļāļ§āļ I āļāļēāļāļāļ§āļ, āđāļāļĒ y1
y2āđāļĄāđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļĨāļ§āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.3) āļāļāļāļ§āļ I
āļāļāļāļāļĒāđāļāļĢāļy = c1y1 + c2y2,
āđāļĄāļ c1 āđāļĨāļ° c2 āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ, āđāļāļēāļāļāļāļĪāļĐāļāļāļāļāļāļāļāđāļŦāđāļĢāļēāļĢāļ§āļē āđāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļŠāļāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļ
āļāļēāđāļĢāļēāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļŠāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒ āļāđāļĄāđāļāļāļŠāļāļŠāļ§āļāļāļāļāļāđāļĨāļ°āļāļāļāļāļāļ§āļ I āļŦāļĢāļy1 6= ky2, āđāļĄāļ k āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§
āđāļĨāļ§ āđāļĢāļēāđāļĄāļāļģāđāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļĢāļāđāļāļāļāļ āđ āļāļāļāļģāļ§āļē âāļāļāļāļāļāđāļĄāđāļāļāļŠāļāļŠāļ§āļāļāļāļāļāđāļĨāļ°āļāļâ āļāļ°āļŠāļĄāļĄāļĨāļāļāļāļģāļ§āļē âāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļŠāļĢāļ°āđāļāļāđāļŠāļ
(linearly independent) āļāļāļāļāđāļĨāļ°āļāļâ āļāļāļāļ āļāļē f1(x) āđāļĨāļ° f2(x) āđāļāļāļāļŠāļĢāļ°āđāļāļāđāļŠāļāļāļāļāļāđāļĨāļ°āļāļāļāļ°āļŦāļĄāļēāļĒāļāļc1f1(x) + c2f2(x) = 0 āļāļāļāđāļĄāļ āļāļēāļāļāļāļ§ c1 āđāļĨāļ° c2 āļĄāļāļēāđāļāļāļĻāļāļĒāđāļāļēāļāļ
c1f1(x) + c2f2(x) = 0 â c1 = 0, c2 = 0
āđāļāļāļēāļāļāļĢāļ āļāļēāļāļāļ°āđāļāļāļģāļ§āļē âāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļŠāļĢāļ°āđāļāļāđāļŠāļāļāļāļāļāđāļĨāļ°āļāļâ āđāļāļāļāļēāļ§āļē âāļāļāļāļāļāđāļĄāđāļāļāļŠāļāļŠāļ§āļāļāļāļāļāđāļĨāļ°āļāļâāļāļāļāļĒāļēāļĄ 3.2. āđāļĢāļēāđāļĢāļĒāļāđāļāļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒ y1 āđāļĨāļ° y2 āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļ
yâēâē + p(x)yâē + q(x)y = 0
āļŦāļĢāļ {y1, y2} āļāļ y1 āđāļĨāļ° y2 āđāļĄāđāļāļāļŠāļāļŠāļ§āļāļāļāļāļāđāļĨāļ°āļāļāļāļāļāļ§āļ I āļ§āļēāđāļāļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļĄāļĨāļāļēāļ(fundamental solution set)
78 āļāļāļ 3. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļ
āļāļāļāļāļāļ§āļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļŦāļĄāļāļāđāļāļāđāļāđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļāļāļāļāļāļŠāļāļ
1. āļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒ y1 āđāļĨāļ° y2 āļāđāļĄāđāļāļāļŠāļāļŠāļ§āļāļāļāļāļāđāļĨāļ°āļāļāļāļāļāļ§āļ I
2. āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļāļĒāđāļāļĢāļy = c1y1 + c2y2,
āđāļĄāļ c1 āđāļĨāļ° c2 āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ
āļŦāļĄāļēāļĒāđāļŦāļ āđāļāļŦāļāļāļŠāļāļāļēāļāđāļĨāļĄ āļāļēāļāļĄāļāļāļāļāļāļ§āļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļŦāļĄāļāļāđāļāļāđāļāđāļ āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļāļāļāļāļāļŠāļāļ āđāļāļāļāļēāļāļāļāļāļ
1. āļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒ y1 āđāļĨāļ° y2 āļ
W [y1, y2](x) := y1(x)yâē2(x)â y2(x)yâē1(x) 6= 0
āļāļāļāļ§āļ I āđāļāļāļāļāļ°āļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāđāļĄāđāļāļāļŠāļāļŠāļ§āļāļāļāļāļāđāļĨāļ°āļāļāļāļāļāļ§āļ I
2. āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļāļĒāđāļāļĢāļ y = c1y1 + c2y2
āđāļĨāļ°āđāļĢāļĒāļW [y1, y2] āļ§āļēāļĢāļāļāļŠāđāļāļĒāļāļāļāļ y1 āđāļĨāļ° y2 (Wronskian of y1 and y2)āļāļāļāļĢāļ āđ āđāļĨāļ§āļāļāļŠāļāļāļāļĢāļāļŠāļĄāļĄāļĨāļāļ āļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļŠāļāļāđāļŦāđāļŦāļāđāļāļĒāļāļēāļĒ āļāļ
âĒ āļāļē y1 āđāļĨāļ° y2 āļāđāļāļāļŠāļāļŠāļ§āļāļāļāļāļāđāļĨāļ°āļāļ āļāļāļāļ
y1 = ky2
āđāļĨāļ§āļāļ°āđāļāļ§āļē
W [y1, y2](x) := y1(x)yâē2(x)â y2(x)yâē1(x) = [ky2(x)] yâē2(x)â y2(x) [ky2(x)]âē
= k[y2(x)yâē2(x)â y2(x)yâē2(x)
] ⥠0
3.5. āļāļĪāļĐāļāļāļāļĄāļĨāļāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļ 79
âĒ āđāļāļāļēāļāļāļĨāļāļāļ āļāļēW [y1, y2](x) = 0
y1(x)yâē2(x)â y2(x)yâē1(x) = 0
y2(x)yâē1(x) = y1(x)yâē2(x)
yâē1(x)y1(x)
=yâē2(x)y2(x)âŦ
yâē1(x)y1(x)
dx =âŦ
yâē2(x)y2(x)
dx
ln |y1(x)| = ln |y2(x)|+ c, āđāļĄāļ c āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđy1(x) = ky2(x), k = ec
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 3.13. āļāļāļēāļĢāļāļēāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļ
yâēâē â 3yâē + 2y = 0 (3.12)
āđāļĢāļēāļāļĢāļēāļāđāļĨāļ§āļ§āļē y1 = ex āđāļĨāļ° y2 = e2x āļāļēāļāđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.12) āļāļāļāļ§āļ (ââ,â) āđāļĨāļ°y1
y2= eâx āđāļĄāđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§ āļāļāļāļ āđāļāļĒāļāļĪāļĐāļāļāļ 3.3 āđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļŠāļĢāļāđāļāļāļāļāļ§āļē āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļ(3.12) āļāļ
y = c1ex + c2e
2x,
āđāļĄāļ c1 āđāļĨāļ° c2 āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđāļāļ§āļāļĒāļēāļ 3.14. āļāļē y1 = cos(3x) āđāļĨāļ° y2 = sin(3x) āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢyâēâē + 9y = 0 āļāļāļāļ§āļ(ââ,â), āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļ
yâēâē + 9y = 0, y(0) = 1, yâē(0) = 3 (3.13)
āļ§āļāļāļģ āđāļĢāļēāļāļāļ§āļē y1
y2=
cos(3x)sin(3x)
= cot(3x) āđāļĄāđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āļāļāļāļ āđāļāļĒāļāļĪāļĐāļāļāļ āđāļĢāļēāđāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļ
y = c1 cos(3x) + c2 sin(3x),
āđāļĄāļ c1 āđāļĨāļ° c2 āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ āđāļĨāļ°āđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļŦāļēāļāļē c1 āđāļ āļāļ
y(0) = 1 = c1 cos 0 + c2 sin 0
= c1 · 1 + 0 = c1
80 āļāļāļ 3. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļ
āđāļĨāļ°āđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļŦāļēāļāļē c2 āđāļ āļāļyâē(x) =
d cos(3x)dx
+d c2 sin(3x)
dx
= â3 sin 3x + 3c2 cos 3x
yâē(0) = 3 = â sin 0 + 3c2 cos 0
= 0 + 3c2 · 1
= 3c2
c2 = 1
āļāļāļāļ āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļāļŦāļē (3.13) āļāļ y = cos 3x + sin 3x
3.5. āļāļĪāļĐāļāļāļāļĄāļĨāļāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļ 81
āđāļāļāļāļāļŦāļ1. āļāļĢāļ§āļāļŠāļāļāļ§āļēāļāļāļāļāļ y1 āđāļĨāļ° y2 āļāļāđāļāļ āđāļāļāļāļŠāļĢāļ°āđāļāļāđāļŠāļāļāļāļāļāđāļĨāļ°āļāļ(āļŦāļĢāļāļāļāļāļ āđāļĄāđāļāļāļŠāļāļŠāļ§āļāļāļāļāļāđāļĨāļ°āļāļ) āļŦāļĢāļāđāļĄ (āļāļēāļāļāļ°āļāļĢāļ§āļāļŠāļāļāđāļāļĒāļāļĢāļ āļŦāļĢāļ āļŦāļēāļāļēāļĢāļāļāļŠāđāļāļĒāļ āļāđāļ)
(a) y1(x) = eâx cos 2x, y2(x) = eâx sin 2x
(b) y1(x) = sin2 x + cos2 x, y2(x) = sin2 3x + cos2 3x
(c) y1(x) = x2 cos(lnx), y2(x) = x2 sin(lnx)
(d) y1(x) = tan2 xâ sec2 x, y2(x) = 3
(e) y1(x) = ln (â
x) , y2(x) = 3 lnx
(f) y1(x) = xe2x, y2(x) = e2x
(g) y1(x) = e3x, y2(x) = eâ4x
(h) y1(x) = 0, y2(x) = ex
2. āļāļĢāļ§āļāļŠāļāļāļ§āļē āļāļāļāļāļ y1 āđāļĨāļ° y2 āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļāđāļāļāļŦāļĢāļāđāļĄ āļāļēāđāļ āļāļĢāļ§āļāļŠāļāļāļāļ§āļē y1 āđāļĨāļ° y2 āđāļāļāļāļŠāļĢāļ°āđāļāļāđāļŠāļāļāļāļāļāļŦāļĢāļāđāļĄ (āļāļēāļāļāļ°āļāļĢāļ§āļāļŠāļāļāđāļāļĒāļāļĢāļ āļŦāļĢāļ āļŦāļēāļāļēāļĢāļāļāļŠāđāļāļĒāļ āļāđāļ) āđāļĨāļ°āļāļē y1 āđāļĨāļ° y2 āđāļāļāļāļŠāļĢāļ°āđāļāļāđāļŠāļāļāļāļāļāđāļĨāļ°āļāļāļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļāļāļĨāļēāļ§ āđāļĨāļ°āļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļŠāļāļāļāļĨāļāļāļāļēāļĄāđāļāļāļāđāļāļāļāļāļāļāļĢāļ°āļāđāļŦ
(a) āļŠāļĄāļāļēāļĢ : xyâēâē â 2y = 0
āđāļāļāļāđāļāļāļāļāļ : y(1) = â2, yâē(1) = â7
y1 = x2, y2 = xâ1
(b) āļŠāļĄāļāļēāļĢ yâēâē â 5yâē + 6y = 0
āđāļāļāļāđāļāļāļāļāļ : y(0) = â1, yâē(0) = â4
y1 = e2x, y2 = e3x
(c) āļŠāļĄāļāļēāļĢ yâēâē â 2yâē + 5y = 0
āđāļāļāļāđāļāļāļāļāļ : y(0) = 2, yâē(0) = 0
y1 = ex cos 2x, y2 = ex sin 2x
82 āļāļāļ 3. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļ
(d) āļŠāļĄāļāļēāļĢ yâēâē â 5yâē = 0
āđāļāļāļāđāļāļāļāļāļ : y(0) = 2, yâē(0) = 5
y1 = 2, y2 = e5x
(e) āļŠāļĄāļāļēāļĢ xyâēâē â (x + 2)yâē + 2y = 0
āđāļāļāļāđāļāļāļāļāļ : y(1) = 0, yâē(1) = 1
y1 = ex, y2 = x2 + 2x + 2
(f) āļŠāļĄāļāļēāļĢ yâēâē â y = 0
āđāļāļāļāđāļāļāļāļāļ : y(0) = 1, yâē(0) = â1
y1 = coshx, y2 = sinhx āđāļāļĒāļcoshx =
ex + eâx
2āđāļĨāļ° sinhx =
ex â eâx
2
3. āļāļāļēāļĢāļāļēāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļyâēâē + 5yâē â 6y = 0 (3.14)
(a) āļāļāđāļŠāļāļāļ§āļē S1 := {ex, ex â eâ6x} āđāļāļāđāļāļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļĄāļĨāļāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.14)(b) āļāļāđāļŠāļāļāļ§āļē S2 := {ex, 3ex + eâ6x} āđāļāļāđāļāļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļĄāļĨāļāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.14)(c) āļāļāļāļĢāļ§āļāļŠāļāļāļ§āļē Ï(x) = eâ6x āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.14) āđāļĨāļ°āļāļāđāļāļĒāļ Ï āđāļāļĢāļāļāļĨāļĢāļ§āļĄāđāļāļāđāļŠāļāļāļāļāļŠāļĄāļēāļāļāđāļ S1 āđāļĨāļ° S2
4. āļāļĢāļ§āļāļŠāļāļāļ§āļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒ y1 = 1 āđāļĨāļ° y2 = ln x āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāđāļāļāļāļŠāļĢāļ°āđāļāļāđāļŠāļāļāļāļāļāđāļĨāļ°āļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļāđāļāļāļŦāļĢāļāđāļĄ
yâēâē +(yâē
)2 = 0, (x > 0)
āļāļĢāļ§āļāļŠāļāļāļ§āļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒ y = c1y1 + c2y2 āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļ§āļĒāļŦāļĢāļāđāļĄ? āļāļēāđāļĄ āļāļāļ§āđāļāļĢāļēāļ°āļŦāļ§āļēāļāļģāđāļĄ āļāļāļāļāđāļĒāļāļāļāļāļĪāļĐāļāļāļāļĄāļĨāļāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļ
(āļāļāļģāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļŦāļāļāļŦāļāļē 241)
3.6. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļāļāļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§ 83
3.6 āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļāļāļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āļŦāļ§āļāļāļ āļāļ°āđāļŠāļāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļāļāļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§
ayâēâē + byâē + cy = 0, (3.15)āđāļĄāļ a, b āđāļĨāļ° c āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āļāļēāļāđāļāļ§āļāļ§āļēāļĄāļāļāđāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŦāļāļ
yâē â Îŧy = 0, (3.16)āđāļĄāļ Îŧ āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§, āđāļĢāļēāļāļāļ§āļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.16) āļāļ°āļāļĒāđāļāļĢāļ y = c1e
Îŧx, āđāļĄāļ c1 āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ āđāļāļĒāđāļāļ§āļāļ§āļēāļĄāļāļāļ āđāļĢāļēāļāļ°āļŠāļĄāļĄāļāđāļŦāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.15) āļāļĒāđāļāļĢāļ
y = c1eÎŧx,
āđāļĄāļ Îŧ āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§ āđāļĨāļ° c1 āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ, āđāļĨāļ°āđāļĄāļāđāļāļāļāļē y āđāļĨāļ° āļāļāļāļāļyâē = c1ÎŧeÎŧx āđāļĨāļ° yâēâē = c1Îŧ
2eÎŧx
āļĨāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.15) āđāļĢāļēāđāļāļ§āļēa(c1Îŧ
2eÎŧx) + b(c1ÎŧeÎŧx) + c(c1eÎŧx) = (aÎŧ2 + bÎŧ + c)(c1e
Îŧx) = 0
āļāļāļāļĢāļāļ āđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļŠāļĢāļāđāļāļ§āļē y = c1eÎŧx āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.15) āļāļāļāđāļĄāļ Îŧ āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒ
āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢaÎŧ2 + bÎŧ + c = 0 (3.17)
āđāļĢāļēāđāļĢāļĒāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.17) āļāļ§āļēāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļ (characteristic equation) āļŦāļĢāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļ§āļĒ(auxiliary equation) āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.15)āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļŦāļĢāļāļĢāļēāļ āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļ (3.17) āļāļĢāļ°āļāļāļāļāļ§āļĒ
Îŧ1 =âb +
âb2 â 4ac
2aāđāļĨāļ° Îŧ2 =
âbââb2 â 4ac
2a
āļāļāļāļģāđāļŦ y1 = eÎŧ1x āđāļĨāļ° y2 = eÎŧ2x āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.15)āđāļĢāļēāļāļāļ§āļēāļāļē Îŧ1 āđāļĨāļ° Îŧ2 āļāļ°āđāļāļāđāļāđāļ 3 āļāļĢāļ āđāļĄāļāđāļāļāļāļēāļĄāđāļāļĢāļāļāļŦāļĄāļēāļĒāļāļāļāļāļēāļāļŠāļāļĢāļĄāđāļāļāļ
b2 â 4ac āļāļāļāļ
84 āļāļāļ 3. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļ
âĒ b2 â 4ac > 0
Îŧ1 āđāļĨāļ° Îŧ2 āļāļ°āđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļāđāļ āđ āļāđāļāļāļāļēāļāļāļâĒ b2 â 4ac = 0
Îŧ1 āđāļĨāļ° Îŧ2 āļāļ°āđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļāļāđāļŦāļĄāļāļāļāļâĒ b2 â 4ac < 0
Îŧ1 āđāļĨāļ° Îŧ2 āļāļ°āđāļāļāļāļģāļāļ§āļāđāļāļāļāļāļ āļāļāđāļāļāļŠāļāļĒāļāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāđāļĨāļ°āļāļ13
3.6.1 āļāļĢāļāļĢāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļāđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļāđāļ āđ āļāđāļāļāļāļēāļāļāļāđāļāļāļāļāļēāļ āđāļĢāļēāļāļĢāļēāļāđāļĨāļ§āļ§āļē
y1 = eÎŧ1x āđāļĨāļ° y2 = eÎŧ2x
āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.15) āđāļĨāļ°y1
y2=
eÎŧ1x
eÎŧ2x= e(Îŧ1âÎŧ2)x āđāļĄāđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§
āđāļŠāļāļāļ§āļē y1 āđāļĨāļ° y2 āđāļĄāđāļāļāļŠāļāļŠāļ§āļāļāļāļāļāđāļĨāļ°āļāļ āļāļāļāļ āđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļŠāļĢāļāđāļāļ§āļēāđāļāļāļĢāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļ āļāļāļāļāļĒāđāļāļĢāļ
y = c1eÎŧ1x + c2e
Îŧ2x,
āđāļĄāļ c1 āđāļĨāļ° c2 āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđāļāļ§āļāļĒāļēāļ 3.15. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ
yâēâē â 3yâē + 2y = 0 (3.18)āļ§āļāļāļģ āđāļāļāļāļāļēāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.18) āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļŠāļāđāļāļāļāļāļāļāļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§ āļāļāļāļāđāļĢāļēāļāļ°āļāļāļēāļĢāļāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļēāļ āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļ
Îŧ2 â 3Îŧ + 2 = 0
āļāļāļĄāļĢāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļÎŧ1 =
3 +â
32 â 4 · 22
= 2 āđāļĨāļ° Îŧ2 =3ââ32 â 4 · 2
2= 1
13āļāļāļāļāļĒāļēāļĄ âāļŠāļāļĒāļāđāļāļāļāļāļâ āļŦāļāļē 59
3.6. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļāļāļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§ 85
āđāļĨāļ°āļĄ y1 = e2x āđāļĨāļ° y2 = ex āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļāļāļ āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļ āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.18) āļāļ
y = c1e2x + c2e
x,
āđāļĄāļ c1 āđāļĨāļ° c2 āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđāļāļ§āļāļĒāļēāļ 3.16. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļ
yâēâē â y = 0, y(0) = 0, y(1) = 2(eâ 1e) (3.19)
āļ§āļāļāļģ āđāļāļāļāļāļēāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.19) āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļŠāļāđāļāļāļāļāļāļāļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§ āļāļāļāļāđāļĢāļēāļāļ°āļāļāļēāļĢāļāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļēāļ āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļ
Îŧ2 â 1 = (Îŧâ 1)(Îŧ + 1) = 0
āļāļāļĄāļĢāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļÎŧ1 = 1 āđāļĨāļ° Îŧ2 = â1
āļāļāļāļ āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļ āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.18) āļāļy = c1e
x + c2eâx,
āđāļĄāļ c1 āđāļĨāļ° c2 āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđāļāļāļēāļĢāļāļēāļāļēāļāļāļ āđāļĄāļ x = 0
y(0) = 0 = c1e0 + c2e
0
= c1 + c2
c2 = âc1
āļāļāļēāļĢāļāļēāļāļēāļāļāļ āđāļĄāļ x = 1
y(1) = 2(eâ 1e) = c1e
1 â c1eâ1
= c1(eâ 1e)
c1 = 2
āđāļĨāļ° c2 = âc1 = â2
āļāļāļāļ āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļāļŦāļē (3.19) āļāļy = 2ex â 2eâx
86 āļāļāļ 3. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļ
3.6.2 āļāļĢāļāļĢāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļ āđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļāļāđāļŦāļĄāļāļāļāļāđāļāļāļĢāļāļ āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļēāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļāļāļ
Îŧ1 = Îŧ2 = â b
2a
āļāļāļāļģāđāļŦ y1 = y2 = eâb/2a
āđāļāļāļāļāļēāļ y1
y2= 1 āđāļĢāļēāđāļĄāļāļēāļāļāļ°āļĢāļ°āļāđāļāļ§āļē āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļĒāđāļāļĢāļ y = c1e
â b2a
x + c2eâ b
2ax āļāļ
āļĄāļāļēāđāļāļ y = c0eâ b
2ax, āđāļĄāļ c0 = c1 + c2 āļāļāļāļ°āļāđāļŦāļĄāļāļāļ§āļē āļĄāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļĒāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļĒāļ§āđāļāļēāļāļ
āđāļāļāļēāļāļāļēāļĢāļŠāļāđāļāļ āļāļāļ§āļē āļāļē Îŧ āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠ (3.17) āđāļĨāļ°āđāļŦ y = xeÎŧx
āđāļĨāļ§
ayâēâē + byâē + cy = a(xeÎŧx
)âēâē+ b
(xeÎŧx
)âē+ c
(xeÎŧx
)
= a(Îŧ2xeÎŧx + 2ÎŧeÎŧx
)âēâē+ b
(ÎŧxeÎŧx + eÎŧx
)âē+ c
(xeÎŧx
)
= (2aÎŧ + b) eÎŧx +(aÎŧ2 + bÎŧ + c
)xeÎŧx
= (2aÎŧ + b) eÎŧx + 0 · xeÎŧx = (2aÎŧ + b) eÎŧx
āđāļĨāļ° āļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļĢāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļĢāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļ āđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļāļāđāļŦāļĄāļāļāļāļ (āļŦāļĢāļāļāļāļāļāļĢāļ b2 â 4ac = 0) āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļ āļāļ
Îŧ =âb
2a
āļāļāļāļģāđāļŦāđāļāļ§āļēayâēâē + byâē + cy ⥠0
āļŦāļĢāļ y = xeÎŧ āļāđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.15) āļāļ§āļĒāđāļŦāļĄāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļ§āļĒ āļāļ y1 = eÎŧx āđāļĨāļ° y2 = xeÎŧx āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.15) āđāļāļĒāļ y1
y2=
1xāđāļĄāđāļāļ
āļāļēāļāļāļāļ§ āđāļāļĒāļāļĪāļĐāļāļāļ 3.3 āļāļģāđāļŦāđāļĢāļēāđāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļ
y = c1eÎŧx + c2xeÎŧx,
āđāļĄāļ c1 āđāļĨāļ° c2 āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ
3.6. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļāļāļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§ 87
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 3.17. āļāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ2yâēâē + 12yâē + 18y = 0 (3.20)
āļ§āļāļāļģ āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļāļŠāļģāļŦāļĢāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļ2Îŧ2 + 12Îŧ + 18 = 0
2(Îŧ + 3)2 = 0
āļāļāļĢāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļ āļĄāđāļāļĒāļāļāļēāđāļāļĒāļ§āļāļÎŧ = â3
āļāļāļāļ āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.20) āļāļy = c1e
â3x + c2xeâ3x = (c1 + c2x)eâ3x
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 3.18. āļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļyâēâē â 4yâē + 4y = 0, y(0) = 1, yâē(0) = 0
āļ§āļāļāļģ āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļāļŠāļģāļŦāļĢāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļÎŧ2 + 4Îŧ + 4 = 0
āļāļāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļĒāļāļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļāđāļāđāļāļ(Îŧâ 2)2 = 0
āļāļāļĢāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļ āļĄāđāļāļĒāļāļāļēāđāļāļĒāļ§āļāļÎŧ = 2
āļāļāļāļ āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ āļāļy = c1e
2x + c2xe2x = (c1 + c2x)e2x
āļŠāļģāļŦāļĢāļāđāļāļāļāđāļāļāļēāļāļāļāļ y(0) = 1
1 = (c1 + 0)e0
c1 = 1
88 āļāļāļ 3. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļ
āđāļĨāļ° āļŠāļģāļŦāļĢāļāđāļāļāļāđāļāļāļēāļāļāļāļ yâē(1) = 0 āđāļĢāļēāđāļāļ§āļē
yâē = c2e2x + 2(1 + c2x)e2x
= c2(1 + 2x)e2x + 2e2x
yâē(0) = 0 = c2e0 + 2e0
â2 = c2
āđāļāļĢāļēāļ°āļāļ°āļāļ āļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ°āļāļy = (1â 2x)e2x
3.6.3 āļāļĢāļāļĢāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļāđāļāļāļāļģāļāļ§āļāđāļāļāļāļāļ āļāļāđāļāļāļŠāļāļĒāļāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāđāļĨāļ°āļāļ
āļāļĢāļāļāđāļāļāļāļāđāļĄāļ b2 â 4ac < 0 āļāļģāđāļŦāđāļĢāļēāđāļāļĢāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļāđāļāļ
Îŧ1 =âb +
ââ1â
4acâ b2
2aāđāļĨāļ° Îŧ2 =
âbâââ1â
4acâ b2
2a
āļāļāļāļ āļāļēāđāļŦr = â b
2a, s =
â4acâ b2
2aāđāļĨāļ° i =
ââ1
āđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļāļĒāļāļĢāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļāļ
Îŧ1 = r + is, āđāļĨāļ° Îŧ2 = r â is
āļāļāļāļ°āđāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļy1 = eÎŧ1x = e(r+is)x = erxeisx = erx [cos(sx) + i sin(sx)]
y2 = eÎŧ2x = e(râis)x = erxeâisx = erx [cos(sx)â i sin(sx)]
āļāļāļĄāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļ
y = c1y1 + c2y2, āđāļĄāļ c1, c2 āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ= c1e
rx [cos(sx) + i sin(sx)] + c2erx [cos(sx)â i sin(sx)]
= erx [(c1 + c2) cos(sx) + i(c1 â c2) sin(sx)]
3.6. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļāļāļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§ 89
āđāļāļāļāļāļēāļ c1, c2 āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ āđāļĨāļ° i āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§ āļāļēāđāļŦ c1 = c1 + c2 āđāļĨāļ° c2 = i(c1â c2)
āļāļāļāļāđāļĢāļēāđāļāļ§āļē c1 āđāļĨāļ° c2 āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ āđāļĨāļ° āđāļāļĒāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāđāļāđāļāļĢāļy = erx [c1 cos(sx) + c2 sin(sx)] (3.21)
āļŦāļĄāļēāļĒāđāļŦāļ āļāļāđāļĄāļ§āļēāđāļāļāļēāļĢāļāļŠāļāļ āļāļ°āđāļŠāļāļāđāļŦāđāļŦāļāļ§āļē āļāļāļ c2 āļāļĢāļēāļāļāđāļāļāļāļģāļāļ§āļāđāļāļāļāļāļ āđāļāđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļāļēāļĢāļāļē c2 āđāļāļāđāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ āļāđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļāļāđāļ āđāļāļĢāļēāļ°āļāļēāļāļāļēāļĢāļāļē
y1 = erx cos(sx) āđāļĨāļ° y2 = erx sin(sx)
āļāļāļ§āļēāļāļāļŠāļāļāļāļāļāļāļ āđāļĄāđāļāļāļŠāļāļŠāļ§āļāļāļāļāļāđāļĨāļ°āļāļāđāļāļĢāļēāļ° y1
y2=
erx cos(sx)erx sin(sx)
= cot(sx) āđāļĨāļ°āđāļĄāļāđāļāļāļāļē y āļāļ§āļĒ y1 āļŦāļĢāļ y2 āļĨāļāđāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ (3.15) āļāļāļ§āļēāļāļāļŠāļāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļ§āļĒāļāļāđāļŠāļāļāļ§āļē āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļāļĒāđāļāļĢāļ
y = c1erx cos(sx) + c2e
rx sin(sx) = erx [c1 cos(sx) + c2 sin(sx)] ,
āđāļĄāļ c1 āđāļĨāļ° c2 āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ āļāļāđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļĄāļŦāļāļēāļāļēāđāļŦāļĄāļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒ (3.21) āđāļāļĒāđāļĄāļāļāļāļāļāļēāļĢāļāļē c2 āđāļāļāļĢāļāļāđāļāļāļāļģāļāļ§āļāđāļāļāļāļāļāļāļ§āļāļĒāļēāļ 3.19. āļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ
yâēâē + 4y = 0
āļ§āļāļāļģ āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļāļŠāļģāļŦāļĢāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļÎŧ2 + 4 = 0
āļāļāļĢāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļ āļāļÎŧ2 = â4
Îŧ1, Îŧ2 = Âą2ââ1 = Âą2i
āļāļāļĢāļēāļāļāļāļŠāļāļāđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļāļāļ āļēāļāđāļāļĒāļāļāļĒāļēāļāđāļāļĒāļ§ āļāļāļāļ āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļy = c1 cos(2x) + c2 sin(2x),
āđāļĄāļ c1 āđāļĨāļ° c2 āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ
90 āļāļāļ 3. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļ
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 3.20. āļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļ16yâēâē â 8yâē + 145y = 0, y(0) = â2, y(
Ï
6) = 2e
Ï24
āļ§āļāļāļģ āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļāļŠāļģāļŦāļĢāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļ16Îŧ2 â 8Îŧ + 145 = 0
āļāļāļĢāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļ āļāļÎŧ =
8Âąâ64â 4 · 16 · 1452 · 16
=1Âąâ1â 145
4=
14Âą 3i
āļāļāļĢāļēāļāļāļāļŠāļāļāđāļāļāļāļģāļāļ§āļāđāļāļāļāļāļ āļāļāļāļ āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļy = ex/4 [c1 cos(3x) + c2 sin(3x)] ,
āđāļĄāļ c1 āđāļĨāļ° c2 āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđāļāļāļēāļĢāļāļēāļāļēāļāļāļ āđāļĄāļ x = 0
y(0) = â2 = e0 [c1 cos 0 + c2 sin 0]
= c1
āļāļāļēāļĢāļāļēāļāļēāļāļāļ āđāļĄāļ x =Ï
6
y(Ï
6) = 2e
Ï24 = e
Ï24
[â2 cos
Ï
2+ c2 sin
Ï
2
]
= c2eÏ24
c2 = 2
āļāļāļāļ āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļāļy = 2ex/4 (sin 3xâ cos 3x)
3.6. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļāļāļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§ 91
3.6.4 āļŠāļĢāļāđāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļāļāļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§
ayâēâē + byâē + cy = 0, (3.22)āđāļĄāļ a, b āđāļĨāļ° c āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§ āđāļĢāļēāļāļ°āļāļāļēāļĢāļāļēāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļ
aÎŧ2 + bÎŧ + c = 0 (3.23)āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļŦāļĢāļāļĢāļēāļ āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļ (3.23) āļāļĢāļ°āļāļāļāļāļ§āļĒ
Îŧ1 =âb +
âb2 â 4ac
2aāđāļĨāļ° Îŧ2 =
âbââb2 â 4ac
2a
āđāļĢāļēāļāļāļ§āļēāļāļē Îŧ1 āđāļĨāļ° Îŧ2 āļāļ°āđāļāļāđāļāđāļ 3 āļāļĢāļ āđāļĄāļāđāļāļāļāļēāļĄāđāļāļĢāļāļāļŦāļĄāļēāļĒāļāļāļāļāļēāļāļŠāļāļĢāļĄāđāļāļāļb2 â 4ac āļāļāļāļâĒ b2 â 4ac > 0 : Îŧ1 āđāļĨāļ° Îŧ2 āļāļ°āđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļāđāļ āđ āļāđāļāļāļāļēāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ (3.22) āļāļ
y = c1eÎŧ1x + c2e
Îŧ2x
âĒ b2 â 4ac = 0 : Îŧ1 āđāļĨāļ° Îŧ2 āļāļ°āđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļāļāđāļŦāļĄāļāļāļāļāļāļē Îŧ = Îŧ1 = Îŧ2 āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ (3.22) āļāļ
y = c1eÎŧx + c2xeÎŧx
âĒ b2 â 4ac < 0 : Îŧ1 āđāļĨāļ° Îŧ2 āļāļ°āđāļāļāļāļģāļāļ§āļāđāļāļāļāļāļ āļāļāđāļāļāļŠāļāļĒāļāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāđāļĨāļ°āļāļāļāļē Îŧ1 = r + is āđāļĨāļ° Îŧ2 = r â is āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ (3.22) āļāļ
y = erx [c1 cos(sx) + c2 sin(sx)]
āđāļĄāļ c1 āđāļĨāļ° c2 āđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļāđāļ āđ
92 āļāļāļ 3. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļ
āđāļāļāļāļāļŦāļ1. āļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļ
(i) yâēâē + yâē â 6y = 0
(ii) yâēâē + 2yâē + y = 0
(iii) yâēâē + 8y = 0
(iv) 2yâēâē â 4yâē + 8y = 0
(v) yâēâē â 4yâē + 4y = 0
(vi) yâēâē â 9yâē + 20y = 0
(vii) 2yâēâē + 2yâē + 3y = 0
(viii) 4yâēâē â 12yâē + 9y = 0
(ix) yâēâē + yâē = 0
(x) yâēâē + 5yâē + 6y = 0
(xi) yâēâē + 8yâē + 16y = 0
(xii) yâēâē + yâē â y = 0
(xiii) yâēâē â 6yâē + 10y = 0
(xiv) 2yâēâē + 7yâē â 4y = 0
(xv) 2yâēâē + 13yâē â 7y = 0
(xvi) yâēâē â yâē â 11y = 0
(xvii) 4yâēâē + 20yâē + 25y = 0
(xviii) yâēâē â 6yâē + 25y = 0
(xix) 4yâēâē + 20yâē + 24y = 0
(xx) yâēâē + 2yâē + 3y = 0
(xxi) yâēâē = 4y
(xxii) 4yâēâē â 8yâē + 7y = 0
(xxiii) 2yâēâē + yâē â y = 0
(xxiv) yâēâē + 4yâē + 5y = 0
(xxv) 16yâēâē â 8yâē + y = 0
(xxvi) yâēâē + 4yâē â 5y = 0
(xxvii) yâēâē â yâē â 2y = 0
(xxviii) yâēâē â 10yâē + 26y = 0
(xxix) yâēâē + 6yâē + 9y = 0
(xxx) yâēâē = 4yâē â 7y
(xxxi) yâēâē â 5yâē + 6y = 0
(xxxii) 6yâēâē + yâē â 2y = 0
(xxxiii) 4yâēâē â 4yâē + y = 0
(xxxiv) 3yâēâē + 11yâē â 7y = 0
3.6. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļāļāļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§ 93
2. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļāļāļāđāļāļ
(a) yâēâē â 5yâē + 6y = 0, y(1) = e2, yâē(1) = 3e2
(b) yâēâē â 6yâē + 5y = 0, y(0) = 3, yâē(0) = 11
(c) yâēâē â 6yâē + 9y = 0, y(0) = 0, yâē(0) = 5
(d) yâēâē + 4yâē + 5y = 0, y(0) = 1, yâē(0) = 0
(e) yâēâē + 4yâē + 2y = 0, y(0) = â1, yâē(0) = 2 + 3â
2
(f) yâēâē + 8yâē â 9y = 0, y(1) = 2, yâē(1) = 0
(g) yâēâē + 2yâē â 8y = 0, y(0) = 3, yâē(0) = â12
(h) yâēâē + yâē = 0, y(0) = 2, yâē(0) = 1
(i) yâēâē + 2yâē + y = 0, y(0) = 1, yâē(0) = â3
(j) yâēâē â 4yâē + 3y = 0, y(0) = 1, yâē(0) = 1/3
(k) yâēâē â 2yâē â 2y = 0, y(0) = 0, yâē(0) = 3
(l) yâēâē â 6yâē + 9y = 0, y(0) = 2, yâē(0) = 25/3
(m) yâēâē â 4yâē â 5y = 0, y(â1) = 3, yâē(â1) = 9
(n) yâēâē â 4yâē + 4y = 0, y(1) = 1, yâē(1) = 1
(o) yâēâē â 2yâē + 2y = 0, y(Ï) = eÏ, yâē(Ï) = 0
(āļāļāļģāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļŦāļāļāļŦāļāļē 242)
94 āļāļāļ 3. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļ
3.7 āļāļēāļĢāđāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļŦāļāļāļŦāļēāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļŦāļāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļāđāļāļāļāļāļēāļāđāļĢāļēāļāļĢāļēāļāđāļĨāļ§āļ§āļēāļŠāļģāļŦāļĢāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļāđāļ āđ
a(x)yâēâē + b(x)yâē + c(x)y = 0 (3.24)āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļāļĒāđāļāļĢāļ
y = c1y1 + c2y2,
āđāļĄāļ c1 āđāļĨāļ° c2 āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ āđāļĨāļ° y1 āđāļĨāļ° y2 āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļŠāļĢāļ°āđāļāļāđāļŠāļāļāļāļāļāđāļĨāļ°āļāļāļāļāļēāļāļĄāļē āđāļāļāļĨāļēāļ§āļāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒ y1 āđāļĨāļ° y2 āļāļĢāļāđāļāļāļēāļ°āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļāļāļāļāļ
āļāļŠāļāļāļāļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļāļēāļāļ āđāļāļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļĢāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļāļāļ§āđāđāļ āđāļāļĒāļāļāļāđāļĨāļ§āđāļāļāļāļēāļĢāļĒāļēāļāļāļāļ°āļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒ y1 āđāļĨāļ° y2 āļāļēāđāļāļāļ āđāļĢāļēāļāļēāļāļāļ°āđāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļŦāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļēāļāļāļēāļĢāđāļāļēāđāļĨāļ°āļĨāļāļāđāļāļāļāļēāļāļāļāļāļāļ§āļāļāļāļ°āļāļĨāļēāļ§āļāļāļāļāđāļāļ āļāļ°āļāļĨāļēāļ§āļāļāļāļēāļĢāđāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļŦāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāđāļāļĄāļēāļāļāļ āļĄāļēāļĨāļ
āļāļāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ āļāļēāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļāđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŦāļāļāļāļĒāļēāļāļāļēāļĒ āļāļāđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļāđāļ āđāļĨāļ°āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāđāļāļāļēāļāļāļēāļĢāđāļ āļāļ°āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒ āļāđāļāļāļāļŠāļĢāļ°āđāļāļāđāļŠāļāļāļāļāļāđāļĨāļ°āļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļĢāļāļŠāļĄāļĄāļāļ§āļē āđāļĢāļēāļĄ y1 āļāļāđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.24) āđāļāļāļāļāļēāļāđāļĢāļēāļāļāļāļāļēāļĢāļāļĨāđāļāļĨāļĒ y2 āļāđāļĄāđāļāļ
āļŠāļāļŠāļ§āļāļāļāļāļāđāļĨāļ°āļāļāļāļ y1 āļāļāļāļ āđāļĢāļēāļāļ°āđāļŦy2 = v(x)y1,
v(x) āđāļĄāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļēāļāļāļāļ§ āđāļĨāļ°āļāļāļ§āļēāļāļāļāļāļāļāļāļ y2 āļāļyâē2 = vâē(x)y1 + v(x)yâē1
yâēâē2 = vâēâē(x)y1 + 2vâē(x)yâē1 + v(x)yâēâē1
āđāļāļāļāļāļēāļ y2 āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.24)a(x)
(vâēâē(x)y1 + 2vâē(x)yâē1 + v(x)yâēâē1
)+ b(x)
(vâē(x)y1 + v(x)yâē1
)+ c(x)v(x)y1 = 0
āļāļāļĢāļāđāļāđāļāļ(a(x)y1) vâēâē(x) +
(2a(x)yâē1 + b(x)y1
)vâē(x) +
(a(x)yâēâē1 + b(x)yâē1 + c(x)y1
)ïļļ ïļ·ïļ· ïļļ=0 āđāļāļĢāļēāļ°āļ§āļē y1 āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļ (3.24)
v(x) = 0
3.7. āļāļēāļĢāđāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļŦāļāļāļŦāļēāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļŦāļāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļ 95
āļāļāļāļāđāļĢāļēāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ(a(x)y1) vâēâē(x) +
(2a(x)yâē1 + b(x)y1
)vâē(x) = 0 (3.25)
āđāļŦ u = vâē āļāļāļāļ du
dx= uâē = vâēâē āđāļĨāļ°āļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļāļĒāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.25) āđāļŦāļĄāđāļāđāļāļ
(a(x)y1)du
dx+
(2a(x)yâē1 + b(x)y1
)u = 0
āļāļāļāđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĒāļāļāļāđāļ14 āđāļĨāļ°āļĄāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ1u
du =(â2a(x)yâē1 + b(x)y1
a(x)y1
)dx =
(â2
yâē1y1â b(x)
a(x)
)dx
âŦ1u
du =âŦ (
â2yâē1y1â b(x)
a(x)
)dx = â2
âŦyâē1y1
dxââŦ
b(x)a(x)
dx
ln u = â2 ln y1 ââŦ
b(x)a(x)
dx
u =1
(y1)2eâ R b(x)
a(x)dx
āđāļĄāļ āđāļāļāļāļē u = vâē āļāļĨāļ āļāļ°āđāļāļ§āļēvâē =
1(y1)2
eâ R b(x)
a(x)dx
v =âŦ
1(y1)2
eâ R b(x)
a(x)dx
dx
āđāļāļāļāļāļēāļ y2 = vy1 āļāļāļāļ āđāļĢāļēāđāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļŦāļāļāļāļy2 = y1
âŦ1
(y1)2eâ R b(x)
a(x)dx
dx
āļŦāļĄāļēāļĒāđāļŦāļāļāļĨāļ°āđāļāļĢāļāļāļŦāļĄāļēāļĒāļāļēāļŠāļĄāļāļĢāļāļŦāļĨāļāļāļēāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļāļĢāļĨâŦ 1u
duāđāļĨāļ°âŦ
yâē1y1
dxāđāļĨāļ°āļĨāļ°āđāļāļĢāļāļāļŦāļĄāļēāļĒāļāļēāļāļāļāļ§āļāļāļāļāļēāļĢāļāļāļāđāļāļĢāļ āđāļāļĢāļēāļ°āļ§āļēāđāļĢāļēāļāļāļāļāļēāļĢāđāļāļāļāļŦāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāđāļĄāđāļāļāļŠāļāļŠāļ§āļāļāļāļāļāđāļĨāļ°āļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒ y1 āđāļāļēāļāļ āļāļāđāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļ y = c1y1 + c2y2 āļāļ°āļāļĢāļēāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ āđāļĨāļ°āđāļāļĒāļāļĪāļĐāļāļāļ 3.3 āđāļŠāļāļāđāļŦāđāļĢāļēāđāļŦāļāđāļĨāļ§āļ§āļēāđāļĢāļēāļāļ°āđāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļŦāļĄāļāļāđāļāļāđāļāđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.24)
14āļāđāļĢāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĒāļāļāļāđāļāļŦāļāļē 13
96 āļāļāļ 3. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļ
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 3.21. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢx2yâēâē + xyâē â y = 0 (3.26)
āļ§āļāļāļģ āļāļēāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļĨāļāļāđāļāļāļāļē āđāļĢāļēāļāļāļ§āļēy1 = x
āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļŦāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.26)āļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.26) āļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļ a(x) = x2, b(x) = x āļāļāļāļ
b(x)a(x)
=x
x2=
1x
āļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļŦāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļy2 = y1
âŦ1
(y1)2eâ R b(x)
a(x)dx
dx
= x
âŦ1x2
eâR
1x
dxdx
= x
âŦ1x2
eâ ln xdx
= x
âŦ1x2· 1x
dx
= x
âŦ1x3
dx
= â12(x
1x2
)
= â 12x
āļāļ āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.26) āļāļy = c1y1 + c2y2
= c1x + c2(â 12x
)
= c1x + câ21x
,
āđāļĄāļ c1 āđāļĨāļ° c2 āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ āđāļĨāļ° câ2 = âc2/2
3.7. āļāļēāļĢāđāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļŦāļāļāļŦāļēāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļŦāļāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļ 97
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 3.22. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢayâēâē + byâē + cy = 0, (3.27)
āđāļĄāļ a, b, c āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ āđāļĨāļ° b2 â 4ac = 0
āļ§āļāļāļģ āđāļĢāļēāļāļĢāļēāļāđāļĨāļ§āļ§āļē y1 = eÎŧx, āđāļĄāļ Îŧ = â b2a āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļŦāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.27)
āđāļĨāļ°āđāļāļ§āļēāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļŦāļāļāļāļy2 = y1
âŦ1
(y1)2eR b(x)
a(x)dx
dx
= eÎŧx
âŦeâ2Îŧxeâ
Rbadxdx
= eÎŧx
âŦeâ2(â b
2a)xeâ
baxdx
= eÎŧx
âŦe
baxeâ
baxdx
= eÎŧx
âŦ1dx
= eÎŧxx
āļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.27) āļāļy = c1e
Îŧx + c2xeÎŧx,
āđāļĄāļ c1 āđāļĨāļ° c2 āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ āļāļāļŠāļāļāļāļĨāļāļāļāļāđāļāļāļŦāļēāđāļĢāļāļ 3.6.2 āļāļĢāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļĢāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļ āđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļāļāđāļŦāļĄāļāļāļāļ āļŦāļāļē 86
98 āļāļāļ 3. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļ
āđāļāļāļāļāļŦāļāļāļāđāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāđāļŦāļĄāļēāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļŦāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ āļĢāļ§āļĄāļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒ
āļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļ§āļĒ1. yâēâē + 2yâē â 15y = 0, x > 0, y1(x) = e3x
2. yâēâē â 3yâē + 2y = 0, x > 0, y1(x) = ex
3. x2yâēâē â 2xyâē â 4y = 0, x > 0, y1(x) = xâ1
4. x2yâēâē + 6xyâē + 6y = 0, x > 0, y1(x) = xâ2
5. x2yâēâē â 4xyâē + 6y = 0, x > 0, y1(x) = x2
6. x2yâēâē + 2xyâē â 2y = 0, x > 0, y1(x) = x
7. x2yâēâē + 3xyâē + y = 0, x > 0, y1(x) = xâ1
8. x2yâēâē â x(x + 2)yâē + (x + 2)y = 0, x > 0, y1(x) = x
9. xyâēâē â yâē + 4x3y = 0, x > 0, y1(x) = sin(x2)
10. (xâ 1)yâēâē â xyâē + y = 0, x > 1, y1(x) = ex
11. xyâēâē â (x + 1)yâē + y = 0, x > 0, y1(x) = ex
12. x2yâēâē â (xâ 0.1875)y = 0, x > 0, y1(x) = x1/4e2â
x
13. xyâēâē â (1â 2x)yâē + (xâ 1)y = 0, x > 0, y1(x) = ex
14. x2yâēâē + xyâē + (x2 â 0.25)y = 0, x > 0, y1(x) =sinxâ
x
(āļāļāļģāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļŦāļāļāļŦāļāļē 243)
3.8. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ 99
3.8 āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļāđāļāļŦāļ§āļāļāļ āđāļĢāļēāļāļ°āļĻāļāļĐāļē āļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļ
yâēâē + p(x)yâē + q(x)y = r(x), (3.28)
āđāļĄāļ p āđāļĨāļ° q āđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļ x āđāļĨāļ° r(x) 6= 0
āđāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ (3.28) āđāļĢāļēāļāļģāđāļāļāļāļāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļ
yâēâē + p(x)yâē + q(x)y = 0 (3.29)
āļāļ§āļĒāđāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒ āđāļĢāļēāđāļĢāļĒāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.29) āļ§āļēāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļ(related homogeneousequation) āļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ (3.28) āļŠāļĄāļĄāļāļ§āļēāđāļĢāļēāļĄ yp āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļŦāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.28) āļāļāļāļ
yâēâēp + p(x)yâēp + q(x)yp = r(x)
āđāļŦ yp2 āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļ āđ āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.28) āļāļāļāļ
yâēâēp2+ p(x)yâēp2
+ q(x)yp2 = r(x)
āđāļāļāļāļ āđāļĨāļ°āļāļāļ§āļē
(yp2 â yp)âēâē + p(x)(yp2 â yp)âē + q(x)(yp2 â yp)
=(yâēâēp2
+ p(x)yâēp2+ q(x)yp2
)â (yâēâēp + p(x)yâēp + q(x)yp
)
= r(x)â r(x)
= 0
āļāļāđāļŠāļāļāļ§āļē yp2 â yp āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļ (3.29)āđāļŦ yh āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļ (3.29) āļāļāļāļ yh = yp2 â yp āđāļĨāļ°āđāļāļ§āļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒ
āđāļ āđāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.28) āļāļāļāļāļĒāđāļāļĢāļ yp2 = yh + yp āļŦāļĢāļāļāļĨāļēāļ§āđāļāļ§āļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ(3.28) āļāļ
y = yh + yp
100 āļāļāļ 3. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļ
āļāļāđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļĢāļ§āļāļŠāļāļāļāļ§āļēāļĄāļāļāļāļāļāđāļāđāļāļĒ āđāļāļāļāļē y = yh + yp āļĨāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ(yh + yp)âēâē + p(x)(yh + yp)âē + q(x)(yh + yp)
=(yâēâēh + p(x)yâēh + q(x)yh
)+
(yâēâēp + p(x)yâēp + q(x)yp
)
= 0 + r(x)
= r(x)
āļāļĪāļĐāļāļāļ3.4. āļŠāļĄāļĄāļāđāļŦyp āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ°āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļŦāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ (3.28)āļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.28) āļāļ
y = yh + yp
āđāļĄāļ yh āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļ (3.29) āļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ (3.28)āļāļēāļāļāļĢāļāļāļāļģāđāļŦāđāļĢāļēāđāļāļ§āļē
āļāļāļāļāļāļ§āļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ1. āļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļ yh āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļ2. āļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ° yp āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļŦāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ3. āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļāļāļ
y = yh + yp
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 3.23. āļāļāļēāļĢāļāļēāļŠāļĄāļāļēāļĢyâēâē + 3yâē + 2y = ex
āļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļāļyâēâē + 3yâē + 2y = 0
āļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļ āļĄāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļ āļāļÎŧ2 + 3Îŧ + 2 = 0
(Îŧ + 2)(Îŧ + 1) = 0
3.8. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ 101
āđāļāļāļāļāļēāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļāļāļ Îŧ1 = â1 āđāļĨāļ° Îŧ2 = â2 āļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļāļ
yh = c1eâx + c2e
x,
āđāļĄāļ c1 āđāļĨāļ° c2 āđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļāđāļ āđāđāļĨāļ°āđāļĢāļēāļāļāļ§āļē yp =
ex
6āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļŦāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ
(ex
6
)âēâē+ 3
(ex
6
)âē+ 2
ex
6=
ex
6+
ex
2+
ex
3
= ex
āļāļāļāļ āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļāļāļ
y = hh + yp = c1eâx + c2e
x +ex
6
āđāļāđāļāļāļŦāļēāļāļāļēāļāļĄāļē āđāļĢāļēāļāļĢāļēāļāļ§āļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāđāļĨāļ§ āđāļāđāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ āđāļĢāļēāļāļģāđāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ°āđāļŦāđāļāļāļāļ āļŦāļ§āļāļāļāļāļ°āļāļĨāļēāļ§āļāļāđāļ āļāļ°āđāļŠāļāļāļ§āļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ°āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ āļāļāļāļ°āļāļĨāļēāļ§āļāļ 2 āļ§āļāđāļāđāļ
1. āļĢāļ°āđāļāļĒāļāļ§āļāđāļāļĒāļāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļ
2. āļāļēāļĢāđāļāļĢāļāļāļāļāļāļāļ§āđāļāļĢāđāļŠāļĢāļĄ
3.8.1 āļĢāļ°āđāļāļĒāļāļ§āļāđāļāļĒāļāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāļāļāļāļāļ°āļāļĨāļēāļ§āļāļāļĢāļēāļĒāļĨāļ°āđāļāļĒāļāļĢāļ°āđāļāļĒāļāļ§āļāđāļāļĒāļāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāļāļ°āđāļŦāļāļāļēāļāđāļāļāļāļēāļĢāļāļēāļāļ§āļāļĒāļēāļāļāļāđāļāļ
āļāļāļ
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 3.24. āļāļāļēāļĢāļāļēāļŠāļĄāļāļēāļĢyâēâē + 4y = 2e3x (3.30)
āļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļāļ
yâēâē + 4y = 0
102 āļāļāļ 3. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļ
āļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļ āļĄāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļ āļāļÎŧ2 + 4 = 0
Îŧ2 = â4
āđāļāļāļāļāļēāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļāļāļ Îŧ = Âą2i āļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļāļ
yh = c1 cos(2x) + c2 sin(2x),
āđāļĄāļ c1 āđāļĨāļ° c2 āđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļāđāļ āđāđāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ° yp āđāļĢāļēāļāļ°āļāļāļēāļĢāļāļēāļāļēāļāļāļ§āļēāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.30) āļāļāļ āđāļāļāļāļāļēāļāļāļāļāļāļ
āļāļāļĢāļēāļāļāļāļĒāļāļēāļāļāļēāļāļāļ§āļēāļĄāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļĒāđāļāļĢāļ r(x) = 2e3x āļāļāļāļ āđāļĢāļēāļāļ°āļŠāļĄāļĄāļāđāļŦāļāļēāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ°āļĄāļĢāļāđāļāļāļāļāļĨāļēāļĒ āđ āļāļāļāļ
yp = Ae3x
āđāļĄāļ A āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ (āļĢāļāđāļāļ yp āđāļĄāđāļāđāļŦāļĄāļāļāļāļ r(x) āļāļāļŦāļĄāļ āđāļāļĒāļĄāļŠāļ§āļāļāđāļāļāļāļēāļāļāļāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļ) āļāļēāļāļāļāļāļ°āļāļģāđāļāđāļāļāļāļēāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļ A
yâēâēp + 4yp = (Ae3x)âēâē + 4(Ae3x) = 9Ae3x + 4Ae3x = 13Ae3x = 2e3x,
āļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļāļ°āđāļāļāļāļĢāļāđāļ āļāļāļāđāļĄāļ13A = 2
A =213
āļāļāļāļ āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ (3.30) āļāļāļāļĒāđāļāļĢāļ y = yh + yp āļāļy = c1 cos(2x) + c2 sin(2x) +
213
e3x
āļŦāļĄāļēāļĒāđāļŦāļ āļŠāļāđāļāļāļāļēāļāļāļ§āļāļĒāļēāļ āļŠāļāļāļāļāļāļŦāļēāđāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ āļāļ āļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļĄāļāđāļŦāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ° yp āđāļāļ āļāļāļāļāļĢāļ°āđāļāļĒāļāļ§āļāļāļāļ°āļāļĨāļēāļ§āļāļāļāļāļāļ°āđāļāļĒāļ§āļāļāļāļāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļĄāļāļāļāļĄāļēāļāļāđāļāļāđāļŦāļāđāļŦāđāļĢāļĒāļāļĢāļ°āđāļāļĒāļāļ§āļāļāļ§āļēāļĢāļ°āđāļāļĒāļāļ§āļāđāļāļĒāļāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāļĢāļ°āđāļāļĒāļāļ§āļāđāļāļĒāļāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļ (method of undetermined coefficients) āđāļāļāļĢāļ°āđāļāļĒāļāļ§āļāļāđāļāļŦāļē
āļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ° āļāļāđāļāđāļāļāļāļāļĢāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļāļāļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļāļēāļāļ āļāļāļāļēāļāļ°āļāļĨāļēāļ§āđāļāļĒāļĨāļ°āđāļāļĒāļ āļāļāļ āļ§āļāļāļēāļĢāļāđāļāđāļāļāļāļāļĢāļāđāļāļāļēāļ°
ayâēâē + byâē + cy = r(x), (3.31)
3.8. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ 103
āđāļĄāļ a, b āđāļĨāļ° c āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§ āđāļĨāļ° r(x) 6= 0 āđāļĨāļ° r(x) āļāļāļāļĄāļĢāļāđāļāļāļāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļēāļāļāļēāļāļāļēāļĒāļāļāļāļāļēāļĢāļēāļ 3.1 āđāļāļēāļāļāļāļēāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļāļ āļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāđāļāļāļāļ§āđāļāļĢ āļŦāļĢāļ āļāļāļāļāļ r(x) āđāļĄāđāļāļāđāļāļāļēāļĄāļĢāļāđāļāļ
āļāļāļāļāļāļāļēāļāļāļēāļāļāļēāļĒāļāļāļāļāļēāļĢāļēāļ 3.1 āđāļĢāļēāđāļĄāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļāļĢāļ°āđāļāļĒāļāļ§āļāđāļāļĒāļāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāđāļāļŦāļĄāļēāļĒāđāļŦāļ āļŠāļāđāļāļāđāļāļ§āļēāļāļāļāļāļāļāļāļĒāļāļēāļāļāļ§āļēāļāļāļāļāļēāļĢāļēāļ 3.1 āļāļāđāļĢāļēāļāļ°āļŠāļĄāļĄāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ° yp āđāļŦāđāļāļāļāļ āļāļāļāļāļāļāļāļĒāđāļāļĢāļāļāļāļ āļĢāļāđāļāļāļāļēāļ āđ āļāđāļāļāđāļāđāļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒ āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļāļāļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āļāļāļāļāļŠāļāļ āđāļĨāļ°āļāļāļāļāļāļ āđ
āļāļāļāļāļāļ§āļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ° yp āđāļāļĒāļĢāļ°āđāļāļĒāļāļ§āļāđāļāļĒāļāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāļāļāļēāļĢāļāļēāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ āļāļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§
ayâēâē + byâē + cy = r(x)
1. āļāļĢāļ§āļāļŠāļāļāļ§āļē r(x) āđāļāļāļŦāļāļāđāļāļĢāļāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļēāļāļāļāļēāļāļāļēāļĒāļāļāļāļāļēāļĢāļēāļ 3.1 āļŦāļĢāļāđāļĄ? āļāļēāđāļ āļāļ°āļāļģāđāļāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ2. āļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļ yh āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļ
ayâēâē + byâē + cy = 0
3. āļāļāļēāļĢāļāļē r(x) āđāļĨāļ§āđāļĨāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒ yp āđāļŦāļāļĒāđāļāļĢāļāļāļēāļāļāļ§āļēāļāļāļāļāļēāļĢāļēāļ 3.1 āđāļâĒ āļāļē yp āđāļĄāļĄāļāļāļāļāļĄāļĢāļāđāļāļāļāļģāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļēāļāļāđāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļ yh āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļ āļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļ yp āđāļāđāļĨāļĒâĒ āļāļē yp āļĄāļāļāļāļāļĄāļĢāļāđāļāļāļāļģāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļēāļāļāđāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļ yh āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāđāļŦāđāļāļēāļāļē x āļāļāļāļ yp āļāđāļĨāļāļāļĄāļēâĒ āļāļē yp āđāļŦāļĄ āļāđāļāļāļēāļāļāļēāļĢāļāļāļāļ§āļĒ x āļĒāļāļĄāļāļāļāļāļĄāļĢāļāđāļāļāļāļģāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļēāļāļāđāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļ yh āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļ āđāļŦāđāļŦāđāļāļēāļāļē x āļāļāļāļģāđāļāđāļĢāļāļĒ āđ āļāļāļāļ§āļē yp āđāļŦāļĄāļāđāļ āđāļĄāļĄāļāļāļāļāļĄāļĢāļāđāļāļāļāļģāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļēāļāļāđāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļ yh āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļ
4. āđāļāļāļāļē yp āļĨāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ āđāļāļāđāļāļĒāļāļŦāļēāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļ
104 āļāļāļ 3. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļ
r(x) āļāļē yp āļāļāļ°āļāļģāļŦāļāļāđāļŦāđāļāļaeÎŧx AeÎŧx
anxn + · · ·+ a1x + a0 Anxn + · · ·+ A1x + A0
(anxn + · · ·+ a1x + a0)eÎŧx (Anxn + · · ·+ A1x + A0)eÎŧx
a cos(Ïx) A cos(Ïx) + B sin(Ïx)
b sin(Ïx) A cos(Ïx) + B sin(Ïx)
a cos(Ïx) + b sin(Ïx) A cos(Ïx) + B sin(Ïx)
(anxn + · · ·+ a1x + a0) cos(Ïx) An(x) cos(Ïx) + Bn(x) sin(Ïx)
(anxn + · · ·+ a1x + a0) sin(Ïx) An(x) cos(Ïx) + Bn(x) sin(Ïx)
An(x) cos(Ïx) + Bn(x) sin(Ïx) An(x) cos(Ïx) + Bn(x) sin(Ïx)
a cos(Ïx)eÎŧx (A cos(Ïx) + B sin(Ïx)) eÎŧx
b sin(Ïx)eÎŧx (A cos(Ïx) + B sin(Ïx)) eÎŧx
[a cos(Ïx) + b sin(Ïx)] eÎŧx [A cos(Ïx) + B sin(Ïx)] eÎŧx
An(x) cos(Ïx)eÎŧx [An(x) cos(Ïx) + Bn(x) sin(Ïx)] eÎŧx
Bn(x) sin(Ïx)eÎŧx [An(x) cos(Ïx) + Bn(x) sin(Ïx)] eÎŧx
[An(x) cos(Ïx) + Bn(x) sin(Ïx)] eÎŧx [An(x) cos(Ïx) + Bn(x) sin(Ïx)] eÎŧx
āđāļĄāļ a, b āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§, A, B āđāļāļāļāļēāļāļāļ°āļŠāļĄāļĄāļāđāļŦāđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđāđāļĨāļ°An, Bn, An āđāļĨāļ° Bn āđāļāļāļāļŦāļāļēāļĄāļāļģāļĨāļ n āđāļāļĒāļ
An = anxn + · · ·+ a1x + a0,
Bn = bnxn + · · ·+ b1x + b0,
An = Anxn + · · ·+ A1x + A0,
Bn = Bnxn + · · ·+ B1x + B0,
ai, bi, Ai āđāļĨāļ° Bi āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļĄāļ i = 0, ..., n
āļāļēāļĢāļēāļāļ 3.1. āļāļēāļĢāļēāļāļĢāļ°āđāļāļĒāļāļ§āļāđāļāļĒāļāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļ
3.8. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ 105
āļŦāļĄāļēāļĒāđāļŦāļ āļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļĢāļāļ r(x) āđāļĄāđāļāđāļāļāļŦāļāļāđāļāļĢāļāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļēāļāļāļāļēāļāļāļēāļĒāļāļāļāļāļēāļĢāļēāļ 3.1āđāļāļāļĒāđāļāļĢāļāļāļĨāļĢāļ§āļĄ(āļŦāļĢāļāļāļĨāļāļēāļ)āļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļēāļāļāļāļēāļāļāļēāļĒāļāļāļāļāļēāļĢāļēāļ 3.1 āđāļāļ āļāļē r(x) āļāļĒāđāļāļĢāļāļāļĨāļĢāļ§āļĄāļāļāļāļāļāļāļāļ r1(x) āđāļĨāļ° r2(x)
ayâēâē + byâē + cy = r1(x) + r2(x), (3.32)āđāļāļĒāļ r1(x) āđāļĨāļ° r2(x) āļĄāļĢāļāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļēāļāļāļāļēāļāļāļēāļĒāļāļāļāļāļēāļĢāļēāļ 3.1āđāļāļĒāļāļāļāļāļāļ§āļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļĒāļĢāļ°āđāļāļĒāļāļ§āļāđāļāļĒāļāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļ āđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļĒāļāļŦāļēāļāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒ
āđāļāļāļēāļ° yp1 āļāļēāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļayâēâē + byâē + cy = r1(x)
āđāļĨāļ°āļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ° yp2 āļāļēāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļayâēâē + byâē + cy = r2(x)
āļāļēāđāļŦ y = yh + yp1 + yp2 āđāļĨāļ°āļĨāļāļāđāļāļ y āļĨāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ (3.32) āđāļĢāļēāđāļayâēâē + byâē + cy = a(yh + yp1 + yp2)
âēâē + b(yh + yp1 + yp2)âē + c(yh + yp1 + yp2)
= (ayâēâēh + byâēh + cyh)ïļļ ïļ·ïļ· ïļļ=0
+(ayâēâēp1+ byâēp1
+ cyp1)ïļļ ïļ·ïļ· ïļļ=r1(x)
+(ayâēâēp2+ byâēp2
+ cyp2)ïļļ ïļ·ïļ· ïļļ=r2(x)
= 0 + r1(x) + r2(x)
= r1(x) + r2(x)
āđāļŠāļāļāļ§āļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ (3.32) āļāļ°āļāļĒāđāļāļĢāļ15
y = yh + yp1 + yp2
āđāļĨāļ°āđāļāļāļģāļāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļē āļāļē r(x) āļāļĒāđāļāļĢāļāļāļĨāļāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļ r1(x) āđāļĨāļ° r2(x)
ayâēâē + byâē + cy = r1(x)â r2(x), (3.33)āđāļĨāļ°āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ (3.33) āļāļ°āļāļĒāđāļāļĢāļ
y = yh + yp1 â yp2
15āļāđāļĢāļāļ āļŦāļĨāļāļāļēāļĢāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒ āđāļāļĄāđāļāļĄāļŦāļāļē 156
106 āļāļāļ 3. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļ
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 3.25. āļāļāđāļāļāļēāļĢāļēāļ 3.1 āļŦāļēāļĢāļāđāļāļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ° yp āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļyâēâē + 2yâē â 3y = r(x), (3.34)
āđāļĄāļ r(x) āļĄāļāļēāđāļāļ1. 7 cos(3x)
2. 5eâ3x
3. x2 cos(Ïx)
4. 2xex sinxâ ex cosx
5. x2ex + 3xex
6. tan x
āļ§āļāļāļģ āđāļĢāļēāļāļāļēāļĢāļāļēāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ (3.34) āļāļyâēâē + 2yâē â 3y = 0
āļāļāļĄāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļāđāļāļÎŧ2 + 2Îŧâ 3 = 0
āļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļāļāļĄāļĢāļēāļāđāļāđāļ Îŧ = 1,â3 āđāļĨāļ°āđāļāļ§āļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļyh = c1e
x + c2eâ3x,
āđāļĄāļ c1, c2 āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ1. r(x) = 7 cos(3x)
āļāļāļ āļāļĢāļ r(x) = a cos(Ïx) āđāļāļĒāļ a = 7 āđāļĨāļ° Ï = 3 āļāļāļāļ āđāļĢāļēāļāļ°āļŠāļĄāļĄāļāđāļŦ yp āļĄāļāļēāđāļāļyp = A cos(3x) + B sin(3x)
2. g(x) = 5eâ3x
āļāļāļ āļāļĢāļ r(x) = aeÎŧx āđāļāļĒāļ a = 5 āđāļĨāļ° Îŧ = â3 āļāļāļāļ āđāļĢāļēāļāļ°āļŠāļĄāļĄāļāđāļŦ yp āļĄāļāļēāđāļāļyp = Aeâ3x āđāļ yp āļĄāļĢāļāđāļāļāļāļģāļāļāļāļāļ c2e
â3x āļāļāļĢāļēāļāļāđāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļ yh = c1e
x + c2eâ3x āđāļĢāļēāļāļāļāļāļ yp āļāļ§āļĒ x āļāļāļāļ āđāļĢāļēāļāļ°āļŠāļĄāļĄāļ yp āđāļŦāļĄāļāļēāđāļāļ
yp = Axeâ3x
3.8. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ 107
3. r(x) = x2 cos(Ïx)
āļāļāļ āļāļĢāļ r(x) = (anxn + · · ·+ a1x + a0) cos(Ïx) āđāļāļĒāļ n = 2, a2 = 1, a1 = a0 = 0
āđāļĨāļ° Ï = Ï āļāļāļāļ āđāļĢāļēāļāļ°āļŠāļĄāļĄāļāđāļŦ yp āļĄāļāļēāđāļāļ
yp = (A2x2 + A1x + A0) cos(Ïx) + (B2x
2 + B1x + B0) sin(Ïx)
4. r(x) = 2xex sinxâ ex cosx
āđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļāļĢāļāđāļŦāļĄāđāļāđāļāļ r(x) = [2x sinxâ cosx] ex āļāļāļ āļāļĢāļ
r(x) = [An(x) cos(Ïx) + Bn(x) sin(Ïx)] eÎŧx
āđāļāļĒāļ n = 1,An(x) = 1 ·x + 0,Bn(x) = 0 ·x + 1, Ï = 1 āđāļĨāļ° Îŧ = 1 āļāļāļāļ āđāļĢāļēāļāļ°āļŠāļĄāļĄāļāđāļŦ yp āļĄāļāļēāđāļāļ
yp = [(A1x + A0) cosx + (B1x + B0) sinx] ex
5. r(x) = x2ex + 3xex
āđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļāļĢāļāđāļŦāļĄāđāļāđāļāļ r(x) = (x2 + 3x)ex āļāļāļāļāļāļāļĢāļ
r(x) = (a2x2 + a1x + a0)ex
āđāļāļĒāļĄ a2 = 1, a1 = 3, a0 = 0 āđāļĨāļ° Îŧ = 1 āđāļĢāļēāļāļ°āļŠāļĄāļĄāļāđāļŦ yp āļĄāļāļēāđāļāļ
yp = (A2x2 + A1x + A0)ex
āđāļ yp āļĄāļāļāļA0ex āļāļāļĄāļĢāļāđāļāļāļāļģāļāļāļāļāļ c1e
x āļāļāļāļĢāļēāļāļāđāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļ yh = c1e
x + c2eâ3x āļāļāļāļāđāļĢāļēāļāļāļāļāļ yp āļāļ§āļĒ x āđāļĨāļ°āļŠāļĄāļĄāļ yp āđāļŦāļĄāļāļēāđāļāļ
yp = x(A2x2 + A1x + A0)ex = (A2x
3 + A1x2 + A0x)ex
6. r(x) = tan x
āđāļāļāļĢāļāļ r(x) āđāļĄāđāļāļĄāļĢāļāđāļāļāļāļāļĢāļēāļāļāļāļĒāļāļēāļāļāļēāļĒāļĄāļāļāļāļāļāļēāļĢāļēāļ 3.1 āđāļĢāļēāđāļĄāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļāļĢāļ°āđāļāļĒāļāļ§āļāđāļāļĒāļāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāđāļ
108 āļāļāļ 3. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļ
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 3.26. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļyâēâē â 3yâē + 2y = 4eâ5x
āļ§āļāļāļģ āđāļĢāļēāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļyâēâē â 3yâē + 2y = 0
āđāļāļāļ yh = c1ex + c2e
2x āđāļĄāļ c1 āđāļĨāļ° c2 āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđāđāļĄāļāļāļāļēāļĢāļāļē r(x) = 4eâ5x āđāļāļĒāļāļēāļĢāļēāļ 3.1 āđāļĢāļēāļŠāļĄāļĄāļāđāļŦāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ° yp āļĄāļāļēāđāļāļ
yp = Aeâ5x
āđāļĄāļāđāļāļāļāļēāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ āđāļāļ§āļēyâēâēp â 3yâēp + 2yp = 25Aeâ5x + 15Aeâ5x + 2Aeâ5 = 42Aeâ5x
āđāļĢāļēāđāļāļ§āļē42Aeâ5x = 4eâ5x
42A = 4
A = 221
āļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļāļāļy = c1e
x + c2e2x +
221
eâ5x
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 3.27. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļyâēâē â 2yâē + y = 5ex
āļ§āļāļāļģ āđāļĢāļēāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļyâēâē â 2yâē + y = 0
āđāļāļāļ yh = c1ex + c2xex āđāļĄāļ c1 āđāļĨāļ° c2 āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ
āđāļĄāļāļāļāļēāļĢāļāļē r(x) = 5ex āđāļāļĒāļāļēāļĢāļēāļ 3.1 āđāļĢāļēāļŠāļĄāļĄāļāđāļŦāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ° yp āļĄāļāļēāđāļāļyp = Aex
3.8. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ 109
āđāļāđāļāļāļāļāļēāļ yp āļĄāļāļāļāļāļģāļāļāļāļāļ c1ex āļāļāļĢāļēāļāļāđāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļ yh āļāļāļāļ āđāļĢāļēāļāļāļāļāļ yp āļāļ§āļĒ x
āđāļĨāļ°āđāļāļĢāļāđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļŦāļĄāđāļāļyp = Axex
āđāļ yp āļāđāļāđāļŦāļĄ āļāļĒāļāļĄāļĢāļāđāļāļāļāļģāļāļāļāļāļ c2xex āļāļāļĢāļēāļāļāđāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļ yh āļāļāļāļ āđāļĢāļēāļāļāļāļāļyp āļāļ§āļĒ x āļāļģāļāļāļāļĢāļāļŦāļāļāđāļāļĢāļāđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļŦāļĄāđāļāļ
yp = Ax2ex
āđāļĄāļāđāļāļāļāļēāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ āđāļāļ§āļēyâēâēp â 2yâēp + yp = (Ax2ex)âēâē â 2(Ax2ex)âē + Ax2ex
= A[(2ex + 4xex + x2ex)â 2(2xex + x2ex) + x2ex
]
= Aex[2 + 4x + x2 â 4xâ 2x2 + x2
]
= 2Aex
āđāļĢāļēāđāļāļ§āļē2Aex = 5ex
2A = 5
A = 52
āļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļāļāļy = c1e
x + c2xex +52x2ex
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 3.28. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļyâēâē + 2yâē = 2x + 5, y(0) = 0, yâē(0) = 0
āļ§āļāļāļģ āđāļĢāļēāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļ yâēâē + 2yâē = 0 āđāļāđāļāļĒāļāļāļēāļĢāļāļēāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļ
Îŧ2 + 2Îŧ = 0
āļāļāļĄāļĢāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļ Îŧ = 0,â2 āđāļĨāļ° āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļyh = c1e
0 + c2eâ2x = c1 + c2e
â2x
110 āļāļāļ 3. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļ
āđāļĄāļ c1 āđāļĨāļ° c2 āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđāđāļĄāļāļāļāļēāļĢāļāļē r(x) = 2x + 5 āđāļāļĒāļāļēāļĢāļēāļ 3.1 āđāļĢāļēāļŠāļĄāļĄāļāđāļŦāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ° yp āļĄāļāļēāđāļāļ
yp = A1x + A0
āđāļāđāļāļāļāļāļēāļ yp āļĄāļāļāļ A0 āļāļģāļāļāļāļāļ c1 āļāļāļĢāļēāļāļāđāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļ yh āļāļāļāļ āđāļĢāļēāļāļāļāļāļ yp āļāļ§āļĒ xāđāļĨāļ°āđāļāļĢāļāđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļŦāļĄāđāļāļ
yp = x(A1x + A0) = A1x2 + A0x
āđāļĄāļāđāļāļāļāļēāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ āđāļāļ§āļē
yâēâēp + 2yâēp = 2A1 + 2(2A1x + A0)
= 4A1x + 2(A1 + A0)
āđāļĢāļēāđāļāļ§āļē
4A1x + 2(A1 + A0) = 2x + 5
4A1 = 2
A1 =12
2(12
+ A0) = 5
A0 = 2
āļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļāļāļ
y = c1 + c2eâ2x +
x2
2+ 2x
āđāļāļĒāđāļāļāļāđāļāļāļēāļāļāļāļ y(0) = 0
0 = c1 + c2e0 +
02
+ 2 · 0
0 = c1 + c2
3.8. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ 111
āđāļĨāļ° yâē(0) = 0
yâē = â2c2eâ2x + x + 2
yâē(0) = 0 = â2c2e0 + 0 + 2
â2 = â2c2
c2 = 1
āļāļģāđāļŦāđāļ c1 = â1 āļāļāļāļ āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļy = eâ2x +
x2
2+ 2xâ 1
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 3.29. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļyâēâē + 2yâē â 3y = 3x + 1 + 5 sinx (3.35)
āļ§āļāļāļģ āļāļēāļāļāļ§āļāļĒāļēāļ 3.26 āđāļĢāļēāđāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļyâēâē + 2yâē â 3y = 0 āļāļyh = c1e
x + c2eâ3x āđāļĄāļ c1 āđāļĨāļ° c2 āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ
āđāļĄāļāļāļāļēāļĢāļāļē r(x) = 3x+1+5 sinx āđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļĒāļāļāļāđāļāļāļāļĢāļ r(x) = r1(x)+ r2(x) āđāļāļĒāļ r1(x) = 3x + 1 āđāļĨāļ° r2(x) = 5 sin 5 āļŦāļĢāļāļāļāļāļ āļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ° yp1 āļāļēāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ
yâēâē + 2yâē â 3y = 3x + 1
āđāļĨāļ° āļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ° yp2 āļāļēāļāļŠāļĄāļāļēāļĢyâēâē + 2yâē â 3y = 5 sinx
âĒ āļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ° yp1 āļāļēāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ yâēâē + 2yâē â 3y = 3x + 1
āđāļāļāļāļāļēāļ r1(x) = 3x + 1 āļāļāļāļāđāļĢāļēāļāļ°āļŠāļĄāļĄāļāđāļŦ yp1 = A1x + A0 āđāļĄāļāđāļāļāļāļēāļĨāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĢāļēāđāļāļ§āļē
(A1x + A0)âēâē + 2(A1x + A0)âē â 3(A1x + A0) = â3A1x + 2A1 â 3A0 = 3x + 1
āđāļĄāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļ A0 = â1 āđāļĨāļ° A1 = â1 āļāļāļāļyp1 = âxâ 1
112 āļāļāļ 3. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļ
âĒ āļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ° yp2 āļāļēāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ yâēâē + 2yâē â 3y = 5 sinx
āđāļāļāļāļāļēāļ r2(x) = 5 sinx āļāļāļāļāđāļĢāļēāļāļ°āļŠāļĄāļĄāļāđāļŦ yp2 = A cosx + B sinx āđāļĄāļāđāļāļāļāļēāļĨāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ āđāļĢāļēāđāļāļ§āļē
(A cosx + B sinx)âēâē + 2(A cosx + B sinx)âē â 3(A cosx + B sinx)
= (âA + 2B â 3A) cos x + (âB â 2Aâ 3B) sin x
= (â4A + 2B) cosx + (â2Aâ 4B) sin x = 5 sinx
āļāļāđāļāļ§āļēâ4A + 2B = 0
â2Aâ 4B = 5
āđāļĄāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļ A = â12āđāļĨāļ° B = â1 āļāļāļāļ
yp2 = â12
cosxâ sinx
āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.35) āļāļy = yh + yp1 + yp2 = c1e
x + c2eâ3x â xâ 1â 1
2cosxâ sinx
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 3.30. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļyâēâē + 9y = 18xâ 5ex + 12 cos(3x), y(0) =
12, y(
Ï
6) = Ï â eÏ/6
2(3.36)
āļ§āļāļāļģ āđāļĢāļēāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļyâēâē + 9y = 0 āđāļāđāļāļĒāļāļāļēāļĢāļāļēāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļ
Îŧ2 + 9Îŧ = 0
āļāļāļĄāļĢāļēāļāļāļ Îŧ = Âą3i āđāļĨāļ°āđāļĢāļēāđāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļ āļāļyh = c1 cos(3x) + c2 sin(3x)
āđāļĄāļ c1 āđāļĨāļ° c2 āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđāđāļĄāļāļāļāļēāļĢāļāļē r(x) = 18x â 5ex + 12 cos(3x) āđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļĒāļāļāļāđāļāļāļāļĢāļ r(x) = r1(x) â
r2(x) + r3(x) āđāļāļĒāļr1(x) = 18x, r2(x) = 5ex āđāļĨāļ° r3(x) = 12 cos(3x) āļŦāļĢāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ° yp1 āļāļēāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ
yâēâē + 9y = 18x
3.8. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ 113
āļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ° yp2 āļāļēāļāļŠāļĄāļāļēāļĢyâēâē + 9y = 5ex
āđāļĨāļ° āļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ° yp3 āļāļēāļāļŠāļĄāļāļēāļĢyâēâē + 9y = 12 cos(3x)
âĒ āļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ° yp1 āļāļēāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ yâēâē + 9y = 18x
āđāļāļāļāļāļēāļ r1(x) = 18x āļāļāļāļāđāļĢāļēāļāļ°āļŠāļĄāļĄāļāđāļŦ yp1 = A1x + A0 āđāļĄāļāđāļāļāļāļēāļĨāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ āđāļĢāļēāđāļāļ§āļē
(A1x + A0)âēâē + 9(A1x + A0) = 9A1x + 9A0 = 18x
āđāļĄāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļ A0 = 0 āđāļĨāļ° A1 = 2 āļāļāļāļyp1 = 2x
âĒ āļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ° yp2 āļāļēāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ yâēâē + 9y = 5ex
āđāļāļāļāļāļēāļ r2(x) = 5ex āļāļāļāļāđāļĢāļēāļāļ°āļŠāļĄāļĄāļāđāļŦ yp2 = Aex āđāļĄāļāđāļāļāļāļēāļĨāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ āđāļĢāļēāđāļāļ§āļē(Aex)âēâē + 9(Aex) = 10Aex = 5ex
āļāļāđāļāļ§āļē A =12āļāļāļāļ
yp2 =12ex
âĒ āļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ° yp3 āļāļēāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ yâēâē + 9y = 12 cos(3x)
āđāļāļāļāļāļēāļ r3(x) = 12 cos(3x) āļāļāļāļāđāļĢāļēāļāļ°āļŠāļĄāļĄāļāđāļŦ yp3 = A cos(3x) + B sin(3x)
āđāļāđāļāļāļāļāļēāļ yp3 āļĄāļāļāļ A cos(3x) āļāļāļĄāļĢāļāđāļāļāļāļģāļāļāļāļāļ c1 cos(3x) āļāļāļĢāļēāļāļāđāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒyh āļāļāļāļ āđāļĢāļēāļāļāļāļāļ yp3 āļāļ§āļĒ x āđāļ
yp3 = x [A cos(3x) + B sin(3x)]
āđāļĄāļāđāļāļāļāļēāļĨāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ āđāļĢāļēāđāļāļ§āļē(x [A cos(3x) + B sin(3x)])âēâē + 9 (x [A cos(3x) + B sin(3x)])
= 6 [âA sin(3x) + B cos(3x)] + (9â 9) (x [A cos(3x) + B sin(3x)])
= 6 [âA sin(3x) + B cos(3x)]
114 āļāļāļ 3. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļ
āļāļāđāļāļ§āļēâ6A sin(3x) + 6B cos(3x) = 12 cos(3x)
A = 0 B = 2
āļāļāļāļ yp3 = 2x sin(3x)
āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.36) āļāļy = yh + yp1 â yp2 + yp3 = c1 cos(3x) + c2 sin(3x) + 2xâ 1
2ex + 2x sin(3x)
āđāļĨāļ°āđāļĄāļāļāļāļēāļĢāļāļēāđāļāļāļāđāļāļāļēāļāļāļāļ x = 0
y(0) =12
= c1 cos(0) + c2 sin(0) + 0â 12e0 + 0 = c1 â 1
2
c1 = 1
āđāļĨāļ°āļ x =Ï
6
y(Ï
6) = Ï â eÏ/6
2= cos(
Ï
2) + c2 sin(
Ï
2) + 2
Ï
6â 1
2e
Ï6 + 2
Ï
6sin(
Ï
2)
= 0 + c2 +Ï
3â e
Ï6
2+
Ï
3
c2 =Ï
3
āļāļāļāļ āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļāļy = cos(3x) +
Ï
3sin(3x) + 2xâ 1
2ex + 2x sin(3x)
3.8. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ 115
āđāļāļāļāļāļŦāļ1. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļ
(a) yâēâē + 3y = â9
(b) yâēâē + 2yâē â y = 10
(c) 2yâēâē + y = 9e2x
(d) yâēâē â y = 3eâ2x
(e) yâēâē â yâē â 2y = â2x3 â 3x2 + 8x + 1
(f) yâēâē â yâē + 9y = 3 sin 3x
(g) yâēâē + 4yâē + 5y = e3x
(h) 2yâēâē + 2yâē â 4y = eâx
(i) yâēâē + 5yâē + 4y = cosx
(j) yâēâē â 4y = 4x2 + 4x + 6
(k) yâēâē â 3yâē + 2y = x3
(l) yâēâē + 2yâē = 3 sinxâ cosx
2. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļ
(a) yâēâē â 2yâē â 3y = 3e2x
(b) yâēâē â 2yâē â 3y = â3xeâx
(c) yâēâē + 2yâē + 5y = 3 sin(2x)
(d) yâēâē + 2yâē = 2 + 4 sin(2x)
(e) yâēâē + 2yâē + y = 2eâx
(f) yâēâē + Ï20y = cos(Ïx) (Ï2 6= Ï2
0)
(g) yâēâē + 4yâē = 4 cos(2x) + 6 cosx
(h) yâēâē â yâē = â11x + 1
(i) yâēâē â 2yâē â 3y = (3x2 â 5)eâx
(j) yâēâē â 3yâē + 2y = ex sinx
(k) yâēâē â 4y = cosxâ sinx
(l) yâēâē + 9y = x2e3x + 6
(m) yâēâē + Ï20y = cos(Ï0x)
(n) yâēâē = 4x3 + 3x2 + 2x + 1
116 āļāļāļ 3. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļ
3. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļāļāļāđāļāļ(a) yâēâē = 6x, y(0) = 3, yâē(0) = â1
(b) yâēâē + y = 2eâx, y(0) = 3, yâē(0) = 0
(c) yâēâē + 4y = x2 + 3ex, y(0) = 0, yâē(0) = 2
(d) yâēâē â 2yâē + y = xex + 4, y(0) = 1, yâē(0) = 1
(e) yâēâē â yâē â 2y = cosxâ sin(2x), y(0) = â 720 , yâē(0) = 1
5
(f) yâēâē + yâē â 12y = ex + e2x â 1, y(0) = â1160 , yâē(0) = â13
30
(g) yâēâē + 2yâē + 5y = 4eâx cos(2x), y(0) = 1, yâē(0) = 0
4. āļāļāļŦāļēāļĢāļāđāļāļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ° yp āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļ(a) yâēâē + 3yâē = 2x4 + x2eâ3x + sin(3x)
(b) yâēâē + y = sinx + x cosx + ex
(c) yâēâē + y = x(1 + sinx)
(d) yâēâē â 5yâē + 6y = ex cos(2x) + e2x(3x + 4) sin x
(e) yâēâē â 4yâē + 4y = 2x2 + 4xe2x + x sin(2x)
(f) yâēâē â y = e2x + xe2x + x2e2x
(g) yâēâē â y = ex + xex + x2ex + x3eâx
(h) yâēâē â 4yâē + 4y = x2e2x + e2x
(i) yâēâē + 5yâē + 6y = sinxâ cos(2x)
(j) yâēâē + 3yâē + 2y = ex(x2 + 1) sin(2x) + 3eâx cosx + 4ex
(k) yâēâē + 2yâē + 5y = 3xeâx cos(2x)â 2xeâ2x cosx
(āļāļāļģāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļŦāļāļāļŦāļāļē 244)
3.8. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ 117
3.8.2 āļāļēāļĢāđāļāļĢāļāļāļāļāļāļāļ§āđāļāļĢāđāļŠāļĢāļĄāđāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ°āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ āļĢāļ°āđāļāļĒāļāļ§āļāđāļāļĒāļāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļ āļĄāļāļāļāļģāļāļāđāļ
āļāļēāļĢāđāļāļāļâĒ āļāļāļāđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļāļāļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§âĒ āļāļāļāļāļ r(x) āļāļāļāđāļāļāđāļāļāļēāļĄāļāļēāļĢāļēāļ 3.1 āđāļāļēāļāļ
āđāļāļŦāļ§āļāļāļ āļāļ°āļāļģāđāļŠāļāļāļ§āļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ°āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ āļāļĄāđāļāļāļāđāļāļāļāļĒāļāļ§āļē āļāļāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļāļāļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāđāļāļāļāļ§āđāļāļĢ āđāļĨāļ°āļāļāļāļāļ r(x) āđāļĄāļāļģāđāļāļāļāļāļāļĄāļĢāļāđāļāļāļāļēāļĄāļāļēāļĢāļēāļ 3.1 āđāļĢāļēāļāļ°āđāļĢāļĒāļāļ§āļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āļē āļāļēāļĢāđāļāļĢāļāļāļāļāļāļāļ§āđāļāļĢāđāļŠāļĢāļĄ (variation ofparameters)āļāļāļēāļĢāļāļēāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļ
a2(x)yâēâē + a1(x)yâē + a0(x)y = r(x) (3.37)āļŠāļĄāļĄāļāļ§āļēāđāļĢāļēāļāļĢāļēāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļ yh āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļ
a2(x)yâēâē + a1(x)yâē + a0(x)y = 0
āđāļāļĒ yh āļāļĒāđāļāļĢāļāļāļĨāļĢāļ§āļĄāđāļāļāđāļŠāļāļāļāļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒ y1 āđāļĨāļ° y2
yh = c1y1 + c2y2,
āđāļĄāļ c1 āđāļĨāļ° c2 āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđāđāļāļ§āļāļ§āļēāļĄāļāļāđāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ° āđāļĢāļēāļāļ°āļŠāļĄāļĄāļāđāļŦāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ° yp āļĄāļĢāļāđāļāļāļāļĨāļēāļĒāļāļāļāļĨ
āđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļ yh āđāļāđāļāļĨāļĒāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ c1 āđāļĨāļ° c2 āđāļāļāļāļāļāļāļāļāđāļĄāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļēāļāļāļāļ§ u(x) āđāļĨāļ°v(x) āļāļēāļĄāļĨāļģāļāļ16
yp = u(x)y1 + v(x)y2 (3.38)āļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļē u(x) āđāļĨāļ° v(x) āđāļĢāļēāļāļ°āđāļĢāļĄāļāļēāļ16āđāļāļāļāļāļēāļāđāļāļāļēāļāļāļĢāļ āđāļĢāļēāļāļāļēāļĢāļāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāđāļāļĨāļāļĐāļāļ°āļāļāļ âāļ§āļāļĻāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒâ āđāļāļĒāļĄāļāļēāļāļāļāļ§ c1 āđāļĨāļ° c2 āđāļāļ
āļāļ§āđāļāļĢāđāļŠāļĢāļĄāļāļāļāļāļ§āļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ°āļ āļāļĄāļŠāļĄāļĄāļāđāļŦāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ° yp āļĄāļĢāļāđāļāļāļāļĨāļēāļĒāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļ yh āđāļāđāļāļĨāļĒāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ c1 āđāļĨāļ° c2 āđāļāđāļāļāļāļāļāļāļāļāđāļĄāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļēāļāļāļāļ§ u(x) āđāļĨāļ° v(x) āļāļāđāļāļāđāļŦāļĄāļāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļĒāļāļāļ§āđāļāļĢāđāļŠāļĢāļĄāđāļāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļ§āđāļāļĢāļāļŠāļĢāļ° x āļāļāļāļāđāļĢāļēāļāļāđāļŦāļāļāļ§āļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ°āļāļ§āļē âāļāļēāļĢāđāļāļĢāļāļāļāļāļāļāļ§āđāļāļĢāđāļŠāļĢāļĄâ
118 āļāļāļ 3. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļ
1. āļāļāļēāļĢāļāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŦāļāļāļāļāļ yp
yâēp = uyâē1 + uâēy1 + vyâē2 + vâēy2
āļāļāļ§āļē āļāļēāđāļĢāļēāļŦāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļāļāļāļ yp āļāļāļ°āļāļĢāļēāļāļāļāļāļ uâēâē āđāļĨāļ° vâēâē āļāļāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļāļāļāļ u āđāļĨāļ° v āļāļēāļĄāļĨāļģāļāļāļāļāļāļēāļāļģ yp, āļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŦāļāļ āđāļĨāļ° āļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļāļāļāļ yp āđāļāļēāđāļāđāļāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ (3.37) āđāļāļāļŦāļēāļāļē u āđāļĨāļ° v āļāļāļ°āļāļģāđāļŦāđāļāļāļ āļēāļĢāļ°āļāļēāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļāļāļāļ§āđāļāļĢ u, uâē, uâēâē
āđāļĨāļ° v, vâē, vâēâē āļāļāļāļ āđāļāļāļŦāļĨāļāđāļĨāļĒāļāļāļāļŦāļēāļāđāļĢāļēāļāļ°āđāļāļĄāđāļāļāļāđāļāđāļŦuâēy1 + vâēy2 = 0 (3.39)
āļāļāļāļāļāļģāđāļŦāđāļāļ§āļēyâēp = uyâē1 + vyâē2
āđāļĨāļ° āļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļāļāļāļ yp āļāļyâēâēp = uyâēâē1 + uâēyâē1 + vyâēâē2 + vâēyâē2
2. āđāļāļāļāļē yp, yâēp āđāļĨāļ° yâēâēp āļĨāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.37)a2 (uyâēâē1 + uâēyâē1 + vyâēâē2 + vâēyâē2) + a1 (uyâē1 + vyâē2) + a0 (uy1 + vy2) = r(x)
u(a2y
âēâē1 + a1y
âē1 + a0y1
)ïļļ ïļ·ïļ· ïļļ=0 āđāļāļĢāļēāļ° y1 āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļ
+v(a2y
âēâē2 + a1y
âē2 + a0y2
)ïļļ ïļ·ïļ· ïļļ=0 āđāļāļĢāļēāļ° y2 āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļ
+a2(uâēyâē1 + vâēyâē2) = r(x)
āļāļāļĨāļāļĢāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļāļa2(uâēyâē1 + vâēyâē2) = r(x)
āļāļāļāļāđāļĢāļēāđāļuâēyâē1 + vâēyâē2 =
r(x)a2(x)
(3.40)
3. āļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.39) āđāļĨāļ° (3.40) āļāļĢāļ°āļāļāļāđāļāļāļĢāļ°āļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢuâēy1 + vâēy2 = 0
uâēyâē1 + vâēyâē2 =r(x)a2(x)
(3.41)
3.8. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ 119
āļāļāļĄāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļĢāļ°āļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļuâē = â y2r
(y1yâē2 â y2yâē1), āđāļĨāļ° vâē =
y1r
(y1yâē2 â y2yâē1),
āđāļĄāļ r =r(x)a2(x)
4. āļŦāļēāļāļē u āđāļĨāļ° v āđāļāđāļāļĒu(x) =
âŦâ y2r
(y1yâē2 â y2yâē1)dx
v(x) =âŦ
y1r
(y1yâē2 â y2yâē1)dx
(3.42)
āđāļĄāļāđāļāļāļāļē u āđāļĨāļ° v āļāđāļāļāļēāļ (3.42) āļĨāļāđāļ yp āļāļģāđāļŦāđāļĢāļēāđāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ(3.37) āļāļ
y = yh + yp
= c1y1 + c2y2 + u(x)y1 + v(x)y2,
āļŦāļĄāļēāļĒāđāļŦāļ āđāļĢāļēāļāļēāļāļāļ°āļāļāļēāļĢāļāļēāļĢāļ°āļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.41) āđāļāļĢāļāļāļāļāđāļĄāļāļĢāļāļāđāļāđāļāļ
y1 y2
yâē1 yâē2
uâē
vâē
=
0
r
(3.43)
āđāļĄāļ r =r(x)a2(x)
āļāļāđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļŦāļē uâē āđāļĨāļ° vâē āđāļāļĒāļŦāļĨāļāđāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļēāđāļĄāļāļĢ (Cramerâs rule)
uâē =
âĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢ
0 y2
râē yâē2
âĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢ
y1 y2
yâē1 yâē2
âĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢ
= ây2r
WāđāļĨāļ° vâē =
âĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢ
y1 0
yâē1 r
âĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢ
y1 y2
yâē1 yâē2
âĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢ
=y1r
W, (3.44)
āđāļĄāļW =
âĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢ
y1 y2
yâē1 yâē2
âĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢ= y1y
âē2 â y2y
âē1
120 āļāļāļ 3. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļ
āļāļāļāļāļāļ§āļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļĒāļ§āļāļāļēāļĢāđāļāļĢāļāļāļāļāļāļāļ§āđāļāļĢāđāļŠāļĢāļĄ1. āļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļ yh āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļ
yh = c1y1 + c2y2,
āđāļĄāļ c1 āđāļĨāļ° c2 āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ2. āļŠāļĄāļĄāļāđāļŦāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ°āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļāļĄāļāļēāđāļāļ
yp = u(x)y1 + v(x)y2
3. āļŦāļēāļāļē u āđāļĨāļ° vu(x) =
âŦâ y2r
(y1yâē2 â y2yâē1)dx,
v(x) =âŦ
y1r
(y1yâē2 â y2yâē1)dx,
āđāļĄāļ r =r(x)a2(x)
4. āđāļāļāļāļē u(x) āđāļĨāļ° v(x) āļāđāļāļĨāļāđāļ yp
5. āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ (3.37) āļāļ
y = c1y1 + c2y2 + u(x)y1 + v(x)y2
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 3.31. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ
yâēâē + y = cscx (3.45)
āļ§āļāļāļģ āđāļĢāļēāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļ
yâēâē + y = 0
āđāļāļāļ yh = c1 cosx + c2 sinx āļāļāļāļ āđāļĢāļēāļāļ°āļŠāļĄāļĄāļāđāļŦāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ°āļāļ
yp = u(x) cos x + v(x) sin x
3.8. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ 121
āđāļĢāļēāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŦāļāļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ° āļāļ
yâēp = âu(x) sin(x) + uâē(x) cos x + v(x) cos x + vâē(x) sin x
āļāļāđāļĢāļēāļāļ°āļŠāļĄāļĄāļāđāļŦuâē(x) cos x + vâē(x) sinx = 0 (3.46)
āđāļĨāļ° āļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ° āļāļ
yâēâēp = âuâē(x) sin(x)â u(x) cos(x) + vâē(x) cos xâ v(x) sinx
āđāļĄāļāļāļģ yp āđāļĨāļ° yâēâēp āđāļāđāļāļāļāļēāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.45) āđāļĢāļēāđāļ
yâēâēp + yp = (âuâē sin(x)â u cos(x) + vâē cosxâ v sinx) + (u cosx + v sinx)
= u(â cosx + cosx) + v(â sinx + sin x) + (âuâē sin(x) + vâē cosx)
= âuâē sin(x) + vâē cosx
āļāļāļāļģāđāļŦāđāļĢāļēāđāļāļ§āļēâ uâē sin(x) + vâē cosx = cscx (3.47)
āļāļēāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.46) āđāļĨāļ° (3.47) āđāļĢāļēāđāļāļĢāļ°āļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢuâē cosx + vâē sinx = 0
âuâē sin(x) + vâē cosx = cscx
(3.48)
āđāļĄāļāđāļāļĢāļ°āļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.48) āđāļāļāļŦāļēāļāļē uâē āđāļĨāļ° vâē āđāļĢāļēāđāļ
uâē(cos2 x + sin2 x) = â sinx csc x
vâē(cos2 x + sin2 x) = cosx csc x
āļāļāļāļuâē = â1 āđāļĨāļ° vâē = cotx
122 āļāļāļ 3. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļ
āđāļĄāļāļāļģāļāļēāļĢāļāļāļāđāļāļĢāļ āļāļāļ°āđāļ
u =âŦâ1dx
= âx
v =âŦ
cotxdx
= ln |sinx|
āļāļāļāļ āļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ°āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ (3.45) āļāļ
yp = u cosx + v sinx = âx cosx + sin x ln |sinx|
āđāļĨāļ°āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ (3.45) āļāļ
y = yh + yp = c1 cosx + c2 sinxâ x cosx + sin x ln |sinx|
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 3.32. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ
x2yâēâē + xyâē â y = x ln x (x > 0) (3.49)
āļ§āļāļāļģ āđāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.49) āļ āļāļ°āļāļģāļāļēāļĄāļāļāļāļāļāļ§āļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļĒāļ§āļāļāļēāļĢāđāļāļĢāļāļāļāļāļāļāļ§āđāļāļĢāđāļŠāļĢāļĄ1. āļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļ yh āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļ
x2yâēâē + xyâē â y = 0
āđāļāļĒāļāļ§āļāļĒāļēāļ 3.21 (āļŦāļāļē 96) āđāļĢāļēāļāļĢāļēāļāđāļĨāļ§āļ§āļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļ
yh = c1x +c2
x,
āđāļĄāļ c1 āđāļĨāļ° c2 āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ2. āļŠāļĄāļĄāļāđāļŦāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ° yp āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļāļĄāļāļēāđāļāļ
yp = u(x)x +v(x)x
3.8. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ 123
3. āđāļāļāļ āđāļĢāļēāļāļāļ§āļē
y1 = x
yâē1 = 1
y2 =1x
= xâ1
yâē2 = âxâ2
r(x) = x ln x
r =r(x)a2(x)
=x ln x
x2=
ln x
x
W = y1yâē2 â y2y
âē1 = x(âxâ2)â xâ1 · 1 = â2xâ1
āđāļĨāļ°āļĄāļĢāļ°āļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļŠāļģāļŦāļĢāļāļŦāļēāļāļē uâē(x) āđāļĨāļ° vâē(x) āļāļ
uâēx + vâēxâ1 = 0
uâē â vâēxâ2 =lnx
x
āļŦāļēāļāļē u(x) āđāļĨāļ° v(x) āđāļāļāļ
u(x) =âŦây2r
Wdx
=âŦâxâ1 [(lnx)/x]
â2xâ1dx
=12
âŦln x
xdx
=(lnx)2
4
v(x) =âŦ
y1r
Wdx
=âŦ
x [(lnx)/x]â2xâ1
dx
= â12
âŦx ln xdx
(āđāļāļĒāļāļēāļĢāļāļāļāđāļāļĢāļāļāļĨāļ°āļŠāļ§āļ) = â12
(x2
2lnxâ
âŦx2
21x
dx
)
= â12
(x2
2lnxâ x2
4
)
=x2
8(1â 2 lnx)
124 āļāļāļ 3. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļ
āļāļāļāļ āļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ°āļāļyp = u(x)x + v(x)xâ1 =
x(lnx)2
4+
x
8(1â 2 ln x)
āđāļĨāļ°āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ (3.49) āļāļy = yh + yp = c1x +
c2
x+
x(lnx)2
4+
x
8(1â 2 lnx)
āļŦāļĢāļy = c1x +
c2
x+
x(lnx)2
4â 1
4x lnx
āđāļĄāļ c1 = c1 +18
āļŦāļĄāļēāļĒāđāļŦāļ āļāļ°āļāļāļ§āļēāļāļāļŠāļāļāļāļ§āļāļĒāļēāļāļāđāļŠāļāļ āđāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļāļĢāļĨāļāļāļ u(x) āđāļĨāļ° v(x) āļāđāļāļāđāļĄāđāļāđāļŠāļāļēāļāļāļāļ§āļāļāļāļāļēāļĢāļāļāļāđāļāļĢāļāļĨāļāđāļāļāļ§āļĒāđāļŦāļāļāļāļģāđāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļēāļ āđāļĢāļēāļāļāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ°
yp = u(x)y1 + v(x)y2
āđāļāļĒāļāļŦāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļēāļāļ āļāļ°āļāļāļāļāđāļŦāđāļāļāļē u(x) āđāļĨāļ° v(x) āđāļāļĒāļāļāļēāđāļāļĒāļ§ āļāđāļāļĒāļāļāļāļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ° yp āđāļĨāļ§āļāļ§āļāļĒāļēāļ 3.33. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ
yâēâē + y = cscx + 3xâ 1 (3.50)āļ§āļāļāļģ āđāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.50) āļ āđāļĢāļēāļāļ°āđāļĒāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ° yp1 āļāļēāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ
yâēâē + y = cscx
āđāļĨāļ° āļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ° yp2 āļāļēāļāļŠāļĄāļāļēāļĢyâēâē + y = 3xâ 1
āļāļēāļāļāļ§āļāļĒāļēāļ 3.31 āđāļĢāļēāđāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļyh = c1 cosx + c2 sinx
āđāļĨāļ°āļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒ yp1 āđāļĢāļēāļāļĢāļēāļāļāļēāļāļāļ§āļāļĒāļēāļ 3.31 āđāļĨāļ§āļ§āļēyp1 = âx cosx + sinx ln |sinx|
3.8. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ 125
āļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļēāļĢāļŦāļē yp2 āđāļĢāļēāļāļ°āđāļāļĢāļ°āđāļāļĒāļāļ§āļāđāļāļĒāļāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāđāļāļāļēāļĢāļŦāļē (āļāļĢāļ°āđāļāļĒāļāļ§āļāđāļāļĒāļāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāļŦāļāļē 101)āđāļāļĒāļāļēāļĢāļēāļ 3.1 āđāļĢāļēāļāļ°āļŠāļĄāļĄāļāđāļŦ yp2 = Ax + B āļāļāļāļ
yâēâēp2+ yp2 = (Ax + B)âēâē + (Ax + B)
= Ax + B = 3xâ 1
āļāļāđāļĄāļāđāļāļĒāļāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāļāļģāđāļŦāđāļ A = 3, B = â1 āđāļĨāļ° yp2 = 3xâ 1
āđāļāļ§āļē āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ 3.50 āļāļy = yh + yp1 + yp2 = c1 cosx + c2 sinxâ x cosx + sin x ln |sinx|+ 3xâ 1
āđāļāļāļāļāļŦāļ1. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļāļĒāđāļāļāļāļ§āļ āđāļāļĢāļĒāļāđāļāļĒāļāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāđāļĨāļ° āļāļēāļĢāđāļāļĢāļāļāļāļāļāļāļ§āđāļāļĢāđāļŠāļĢāļĄ(a) yâēâē + 3y = â9
(b) yâēâē + 2yâē â y = 10
(c) 2yâēâē + y = 9e2x
(d) yâēâē â y = 3eâ2x
(e) yâēâē â yâē â 2y = â2x3 â 3x2 + 8x + 1
(f) yâēâē â yâē + 9y = 3 sin 3x
(g) yâēâē + 4yâē + 5y = e3x
(h) 2yâēâē + 2yâē â 4y = eâx
(i) yâēâē + 5yâē + 4y = cosx
(j) yâēâē â 4y = 4x2 + 4x + 6
(k) yâēâē â 3yâē + 2y = x3
(l) yâēâē + 2yâē = 3 sinxâ cosx
126 āļāļāļ 3. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļ
2. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļ
(a) yâēâē + y = tanx
(b) yâēâē + 4yâē + 4y = xâ2eâ2x
(c) yâēâē + 9y = 9 sec2(3x)
(d) yâēâē + 4y = 3 csc(2x)
(e) yâēâē + 4y = tan(2x)
(f) 4yâēâē + y = 2 sec(x/2)
(g) yâēâē + 2yâē + y = eâx lnx
(h) yâēâē â 2yâē + y = ex
1+x2
(i) yâēâē â 2yâē â 3y = 64xeâx
(j) yâēâē + 2yâē + 5y = eâx sec(2x)
(k) 2yâēâē + 3yâē + y = eâ3x
(l) yâēâē â 3yâē + 2y = (1 + eâx)â1
(āļāļāļģāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļŦāļāļāļŦāļāļē 247)
3.8.3 āļŠāļĢāļāđāļāļŠāļ§āļāļāđāļāļāļģāđāļŠāļāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļāļŠāļāļāļ§āļāđāļāđāļâĒ āļĢāļ°āđāļāļĒāļāļ§āļāđāļāļĒāļāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļâĒ āļāļēāļĢāđāļāļĢāļāļāļāļāļāļāļ§āđāļāļĢāđāļŠāļĢāļĄāļĢāļ°āđāļāļĒāļāļ§āļāđāļāļĒāļāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļ āđāļāļāļ§āļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ° yp āļāļāļĄāļĢāļāđāļāļāļāļēāļĄāļāļēāļĢāļēāļ 3.1 āđāļāļĒ
āļĢāļāđāļāļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒ yp āļāļ°āļāļāļēāļĢāļāļēāļāļēāļĄāļāļāļāļāļ r(x)
āļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒ yp āļŦāļēāđāļāđāļāļĒāļāļēāļĢāđāļāļĒāļāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāļāđāļāļāļāļēāļāļāļēāļĢāļāļģāļāļ§āļ yp āđāļĨāļ°āļāļāļāļāļāļāļāļ yp āļāļāļāļĢāļēāļāļāļāļĒāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ
ayâēâēp + byâēp + cyp = r(x)
āļāļāļāļāļāļāļ r(x) āļāļēāļāļāļ§āļēāļĄāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļāđāļāļ§āļāļāļĄāļāļāļāļģāļāļāđāļāļāļēāļĢāđāļāļāļâĒ āļāļāļāđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļāļāļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§âĒ āļāļāļāļāļ r(x) āļāļāļāđāļāļāđāļāļāļēāļĄāļāļēāļĢāļēāļ 3.1 (āļŦāļāļē 104) āđāļāļēāļāļ
3.8. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ 127
āļŠāļ§āļāļ§āļāļāļēāļĢāđāļāļĢāļāļāļāļāļāļāļ§āđāļāļĢāđāļŠāļĢāļĄāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļāđāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļāļāļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§ āđāļĨāļ°āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļāļāļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļ§āđāļāļĢ x
a2(x)yâēâē + a1(x)yâē + a0y = r(x)
āļĢāļ§āļĄāļāļāļāļē r(x) āđāļĄāļāļģāđāļāļāļāļ°āļāļāļāđāļāļāđāļāļāļēāļĄāļāļēāļĢāļēāļ 3.1āļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒ yp āđāļāļ§āļāļāļēāļĢāđāļāļĢāļāļāļāļāļāļāļ§āđāļāļĢāđāļŠāļĢāļĄ āļāļ°āđāļĢāļĄāļāļ§āļĒāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļ
āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļyh = c1y1 + c2y2
āļāļēāļāļāļāļāļ°āļŠāļĄāļĄāļāđāļŦāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ° yp āļĄāļāļēāđāļāļyp = u(x)y1 + v(x)y2
āđāļĨāļ°āđāļĢāļēāļāļģāļāļ§āļāļŦāļēāļāļē u(x) āđāļĨāļ° v(x) āđāļāđāļāļĒu(x) =
âŦâ y2r
(y1yâē2 â y2yâē1)dx,
v(x) =âŦ
y1r
(y1yâē2 â y2yâē1)dx,
āđāļĄāļ r =r(x)a2(x)
āđāļĨāļ°āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļāļāļy = c1y1 + c2y2 + u(x)y1 + v(x)y2
128 āļāļāļ 3. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļ
3.9 āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļ-āļāļāļĒāđāļĨāļāļĢāđāļāļŠāļ§āļāļāļāļ°āļāļģāđāļŠāļāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļĢāļāđāļāļāļŦāļāļ āļāļāđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļŠāļāļāđāļĄāđāļāļĄ
āļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§ āđāļāđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļāļĨāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāđāļŦāļāļĒāđāļāļĢāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļŠāļāļāļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļāļāļāļāļĒāļēāļĄ 3.3 (āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļ-āļāļāļĒāđāļĨāļāļĢ). āđāļĢāļēāđāļĢāļĒāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļāļāļāļāļĒāđāļāļĢāļ
ax2 d2y
dx2+ bx
dy
dx+ cy = h(x), (3.51)
āđāļĄāļ a, b āđāļĨāļ° c āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ āđāļĨāļ° a 6= 0, āļ§āļēāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļ-āļāļāļĒāđāļĨāļāļĢ (Cauchy-Euler equation)āļāļ§āļāļĒāļēāļ 3.34.
âĒ 3x2yâēâē â 2xyâē + 7y = sin x āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļ-āļāļāļĒāđāļĨāļāļĢāđāļāļĒāļĄ a = 3, b = â2, c = 7 āđāļĨāļ° h(x) = sinx
âĒ 2yâēâē â 3xyâē + 11y = 3xâ 1 āđāļĄāđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļ-āļāļāļĒāđāļĨāļāļĢāđāļāļĢāļēāļ°āļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāļŦāļāļē yâēâē āđāļāļ 2 āđāļĄāđāļāļāļĒāđāļāļĢāļ ax2
âĒ x2 d2y
dx2â 2y = 5x2, x > 0 āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļ-āļāļāļĒāđāļĨāļāļĢ
āđāļāļĒāļĄ a = 1, b = 0, c = â2 āđāļĨāļ° h(x) = 5x2
âĒ 2x2 d2y
dx2+ 2x
dy
dx= ln x, x > 0 āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļ-āļāļāļĒāđāļĨāļāļĢ
āđāļāļĒāļĄ a = 2, b = 2, c = 0 āđāļĨāļ° h(x) = lnx
âĒ 2x2yâēâē + 2yâē + y = lnx, x > 0 āđāļĄāđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļ-āļāļāļĒāđāļĨāļāļĢāđāļāļĢāļēāļ°āļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāļŦāļāļē yâē āđāļāļ 2 āđāļĄāđāļāļāļĒāđāļāļĢāļ bx
âĒ 3x2 d2y
dx2+ 11x
dy
dxâ 3y = 0, x > 0 āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļ-āļāļāļĒāđāļĨāļāļĢ
āđāļāļĒāļĄ a = 3, b = 11, c = â3 āđāļĨāļ° h(x) = 0
āđāļĢāļēāđāļĢāļĒāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļ-āļāļāļĒāđāļĨāļāļĢāļ h(x) ⥠0 āļ§āļēāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļ-āļāļāļĒāđāļĨāļāļĢāļāļāļāđāļāļāļāļāļ (homogeneousCauchy-Euler equation)
3.9. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļ-āļāļāļĒāđāļĨāļāļĢ 129
āļāļāļāļāļāļ§āļāļāļēāļĢāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļ-āļāļāļĒāđāļĨāļāļĢax2 d2y
dx2+ bx
dy
dx+ cy = h(x) (3.52)
1. āļāļģāļāļēāļĢāđāļāļĨāļĒāļāļāļ§āđāļāļĢ āđāļāļĒāđāļŦ x = et āļāļāļāļ°āļāļģāđāļŦāļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.52) āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļŦāļĄ āļāļāļāļāļāļāļāļ§āđāļāļĢāļāļŠāļĢāļ° t āđāļĨāļ°āļāļēāļāļāļēāļĢāļŠāļĄāļĄāļāļāļ§āđāļāļĢāđāļāļāļāļāļģāđāļŦx > 0
2. āđāļĄāļāļŦāļēāļāļāļāļāļāļāļāļ y āđāļāļĒāļāļāļāļāļ§āđāļāļĢ t āđāļāļĒāļāļāļĨāļāđāļ āļāļģāđāļŦāđāļdy
dt=
dy
dx
dx
dt=
dy
dxet = et dy
dx= x
dy
dx
āļāļāļāļx
dy
dx=
dy
dt(3.53)
āđāļĨāļ°d2y
dt2=
d
dt
(x
dy
dt
)
=dx
dt
dy
dx+ x
d
dt
(dy
dx
)
=dy
dt+ x
d2y
dx2
dx
dt
=dy
dt+ x
d2y
dx2et
=dy
dt+ x2 d2y
dx2
āđāļĨāļ°āđāļāļ§āļēx2 d2y
dx2=
d2y
dt2â dy
dt(3.54)
3. āđāļāļāļāļē xdy
dxāđāļĨāļ° x2 d2y
dx2āļĨāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.52) āļāļģāđāļŦāđāļ
a(d2y
dt2â dy
dt) + b
dy
dt+ cy = h(x), x > 0
āđāļĨāļ°āļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļāļĢāļāđāļŦāļĄāđāļāđāļāļ
ad2y
dt2+ (bâ a)
dy
dt+ cy = h(et) (3.55)
āļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļāđāļāļāđāļŠāļāļāļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§
130 āļāļāļ 3. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļ
4. āļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.55) āđāļāļĒāđāļāļ§āļāļāđāļāļāļĨāļēāļ§āļĄāļēāļāļāļāļŦāļāļēāļāđāļĨāļ§āļāļāļāļ°āđāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļĢāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļ§āđāļāļĢāļāļŠāļĢāļ° t
y = Y(t)
5. āđāļāļĒāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļŦāļāļĒāđāļāļĢāļāļāļāļāļāļāļāļāļ x āđāļāđāļāļĒāđāļŦ t = lnx
y = y(x) = Y(lnx)
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 3.35. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ3x2 d2y
dx2+ 11x
dy
dxâ 3y = 0, x > 0 (3.56)
āļ§āļāļāļģ āļāļēāļāļāļ§āļāļĒāļēāļ 3.34 āđāļĢāļēāļāļĢāļēāļāđāļĨāļ§āļ§āļēāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļ-āļāļāļĒāđāļĨāļāļĢāļāļĄa = 3, b = 11,c = â3 āđāļĨāļ° h(x) = 0 āđāļāļĒāļāļāđāļāļĒāļāļēāļĢāđāļāļĨāļĒāļāļāļ§āđāļāļĢ x = et āļāļģāđāļŦāđāļĢāļēāđāļāļĨāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.56) āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļāđāļāļāđāļŠāļāļāļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§
3d2y
dt2+ (11â 3)
dy
dt+ (â3)y = 0
āđāļĄāļāļāļāļĢāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ āļāļģāđāļŦāđāļ3d2y
dt2+ 8
dy
dtâ 3y = 0 (3.57)
āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.57) āļāļāļ3Îŧ2 + 8Îŧâ 3Îŧ = (3Îŧâ 1)(Îŧ + 3) = 0
āđāļāļāļāļāļēāļāļĢāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļāļāļ 1/3 āđāļĨāļ° â3 āļāļāđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļāļāđāļāļāļāļēāļāļāļ āļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.57) āļāļ
y(t) = c1et/3 + c2e
â3t
āđāļĨāļ°āđāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.56) āļāļy(x) = c1e
(ln x)/3 + c2eâ3 ln x = c1x
1/3 + c2xâ3, āđāļĄāļ x > 0
3.9. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļ-āļāļāļĒāđāļĨāļāļĢ 131
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 3.36. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢx2yâēâē â 2xyâē + 2y =
4x5
, x > 0 (3.58)āļ§āļāļāļģ āļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.58) āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļ-āļāļāļĒāđāļĨāļāļĢāļāļĄ a = 1, b = â2, c = 2 āđāļĨāļ°h(x) =
4x5
āđāļŦ x = et āđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļāļĨāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.58) āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļŠāļāđāļāđāļāļd2y
dt2+ (â2â 1)
dy
dt+ 2y =
4(et)5
āļŦāļĢāļāļāļāļĢāļāđāļŦāļĄāđāļāđāļāļd2y
dt2â 3
dy
dx+ 2y = 4eâ5t (3.59)
āđāļāļĒāļāļēāļĢāđāļāļĢāļĒāļāđāļāļĒāļāļāļāļāļ§āļāļĒāļēāļ 3.26 (āļŦāļāļē 108) āļāļāļ§āļē āļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.59) āļĄāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļy(t) = c1e
t + c2e2t +
221
eâ5t
āļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (3.58) āļāļy(x) = c1e
ln x + c2e2 ln x +
221
eâ5 ln x = c1x + c2x2 +
221x5
, āđāļĄāļ x > 0
132 āļāļāļ 3. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļ
āđāļāļāļāļāļŦāļ1. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļ āđāļĄāļāļŠāļĄāļĄāļāđāļŦ x > 0
(a) x2 d2y
dx2â 3x
dy
dx+ 3y = 0
(b) x2 d2y
dx2+ x
dy
dxâ 4y = 0
(c) 4x2 d2y
dx2â 4x
dy
dx+ 3y = 0
(d) x2 d2y
dx2â 3x
dy
dx+ 4y = 0
(e) x2 d2y
dx2+ x
dy
dx+ 4y = 0
(f) x2 d2y
dx2â 3x
dy
dx+ 13y = 0
(g) 3x2 d2y
dx2â 4x
dy
dx+ 2y = 0
(h) x2 d2y
dx2+ x
dy
dx+ 9y = 0
(i) 9x2 d2y
dx2+ 3x
dy
dx+ y = 0
(j) x2 d2y
dx2â 5x
dy
dx+ 10y = 0
(k) x2 d2y
dx2â 4x
dy
dx+ 6y = 4xâ 6
(l) x2 d2y
dx2â 5x
dy
dx+ 8y = 2x3
(m) x2 d2y
dx2+ 4x
dy
dx+ 2y = 4 lnx
(n) x2 d2y
dx2+ x
dy
dx+ 4y = 2x ln x
(o) x2 d2y
dx2+ x
dy
dx+ y = 4 sin(lnx)
(p) x2 d2y
dx2+ x
dy
dx+ 9y = cos(3 lnx)
2. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļāļāļāđāļāļ āļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļāļŦāļēāļāļāļāļ āļāļ°āļŠāļĄāļĄāļāđāļŦ x > 0
(a) x2 d2y
dx2â 2x
dy
dxâ 10y = 0, y(1) = 5, yâē(1) = 4
(b) x2 d2y
dx2â 4x
dy
dx+ 6y = 0, y(2) = 0, yâē(2) = 4
(c) x2 d2y
dx2+ 5x
dy
dx+ 3y = 0, y(1) = 1, yâē(1) = â5
(d) x2 d2y
dx2â 2y = 4xâ 8, y(1) = 4, yâē(1) = â1
(e) x2 d2y
dx2â 4x
dy
dx+ 4y = 4x2 â 6x3, y(2) = 4, yâē(2) = â1
(f) x2 d2y
dx2+ 2x
dy
dxâ 6y = 10x2, y(1) = 1, yâē(1) = â6
(g) x2 d2y
dx2â 5x
dy
dx+ 8y = 2x3, y(2) = 0, yâē(2) = â8
(h) x2 d2y
dx2â 6y = lnx, y(1) = 1
6 , yâē(1) = â16
(āļāļāļģāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļŦāļāļāļŦāļāļē 248)
3.10. āļĢāļāđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļāļāđāļāļāđāļāđāļāļāļāļŦāļĄāļ 133
3.10 āļĢāļāđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļāļāđāļāļāđāļāđāļāļāļāļŦāļĄāļāđāļāļāļāļĢāļŠāļāļĻāļāļĢāļēāļ 1983 āđāļāļāļŠ āļĨ (Sophus Lie) āļāļāļāļāļāļĻāļēāļŠāļāļĢāļāļēāļ§āļāļāļĢāđāļ§āļĒ āđāļāđāļŠāļāļāđāļŦ
āđāļŦāļāļ§āļē17 āļŠāļģāļŦāļĢāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļ āļāļĄāđāļāđāļĄāļāđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļāļāļ āđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļāļĨāļĒāļāļĢāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļāļāļēāļ āđ āđāļāļĒāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļāļĒāļāļāļāđāļāļĄ āđāļāđāļāļāđāļāđāļāļĒāļāļĢāļāļāļāđāļāļāđāļāļēāļāļ
âĒ yâēâē = f(y, yâē),
âĒ yâēâē = f(yâē),
âĒ xyâēâē = f(yâē),
âĒ yâēâē = Ceâyâē ,
âĒ yâēâē = C (yâē)aâ2aâ1 , a 6= 0,
12, 2,
âĒ yâēâē = C[1 + (yâē)2
] 32e(b tanâ1 yâē),
âĒ xyâēâē = C (yâē)3 â 12yâē,
âĒ xyâēâē = yâē + (yâē)3 + C[1 + (yâē)2
]3/2,
âĒ xyâēâē = yâē â (yâē)3 + C[1â (yâē)2
]3/2,
âĒ yâēâē = C
[1 + (yâē)2 + (y â xyâē)2
1 + x2 + y2
]3/2
,
âĒ yâēâē = 0,
āđāļĄāļ a, b āđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļ āđāļĨāļ° C āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđāļŦāļĢāļāļāļĨāļēāļ§āļāļāļāļĒāļŦāļāļāđāļāļ§āļē āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļ āļāļĄāđāļāđāļĄāļāđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļ
yâēâē = f(x, y, yâē)
āđāļāļāđāļāđāļāđāļāļĒāļ 11 āļĢāļāđāļāļ āļāļāļāđāļāļāļĨāļēāļ§āļĄāļē17āļāļĢāļēāļĒāļĨāļ°āđāļāļĒāļāđāļāļĄāđāļāļĄāđāļ [10]
āļāļāļ 4āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļ
āđāļāļāļāļāļāļ°āļāļĨāļēāļ§āļāļāļāļĪāļĐāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļ (higher-order differential e-quations) āđāļĨāļ° āļāļēāļĢāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ āđāļāļāļŦāļēāđāļāļĒāļŦāļĨāļāļāļ°āđāļāļāļāļēāļĢāļāļĒāļēāļĒāđāļāļ§āļāļ§āļēāļĄāļāļāļāļēāļāļāļĪāļĐāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāđāļĨāļ°āļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļ āļāļāđāļāļāļĨāļēāļ§āļĄāļēāđāļĨāļ§āđāļāļāļāļ 3
4.1 āļāļĪāļĐāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļāļāļēāļāļāļāļāļĒāļēāļĄ 1.3 (āļŦāļāļē 2) āđāļĢāļēāđāļĢāļĒāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļŠāļ
an(x)dny
dxn+ anâ1(x)
dnâ1y
dxnâ1+ · · ·+ a1(x)
dy
dx+ a0(x)y = b(x), (4.1)
āļāļĄāļāļē b(x) ⥠0 (b(x) = 0 āļāļ āđ āļāļē x) āļ§āļēāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļ āđāļĨāļ°āļāļē b(x) 6= 0 āļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļēāļāļāļē x āđāļĢāļēāļāļ°āđāļĢāļĒāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (4.1) āļ§āļē āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļāļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļĪāļĐāļāļāļāļ°āļāļĨāļēāļ§āđāļāļāļāļ āļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļāđāļāļāđāļŠāļ (4.1) āļāļ°
āļāļāļāļŠāļāļāļāļāđāļāļāļāđāļāļāļ§āļē āļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļ a0(x), . . . , an(x) āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļāļāļ§āļI āļāļāļāļēāļĢāļāļē āđāļĨāļ° an(x) 6= 0 āļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļ āđ x â I
āđāļāļāļāļāļēāļ an(x) 6= 0 āļāļāļāļāđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļŦāļēāļĢāļŠāļĄāļāļēāļĢ (4.1) āļāļ§āļĒ an(x) āđāļ āđāļĨāļ°āđāļĢāļēāļāļēāļāļāļ°āđāļāļĒāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļŠāļ (4.1) āđāļāđāļāļĢāļ
dny
dxn+ pnâ1(x)
dnâ1y
dxnâ1+ · · ·+ p1(x)
dy
dx+ p0(x)y = g(x), (4.2)
āļŦāļĢāļy(n) + pnâ1(x)y(nâ1) + · · ·+ p1(x)yâē + p0(x)y = g(x) (4.3)
āđāļĢāļēāļĄāļāļĪāļĐāļāļāļāļāļēāļĢāļĄāļāļĢāļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒ āļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāđāļāļāđāļŠāļāļāļāļāļāļ n āđāļ āđ āļāļāļāļāļĪāļĐāļāļāļ 4.1 (āļāļĪāļĐāļāļāļāļāļēāļĢāļĄāļāļĒāļāļĢāļāđāļāļĒāļāļŦāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒ). āļāļēāļāļāļāļāļ a0(x), . . . , an(x)
āđāļĨāļ°āļāļāļāļāļ b(x) āđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļāļāļ§āļ I āļāļāļāļēāļĢāļāļēāđāļāļĒāļ an(x) 6= 0 āļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļ āđ x â I
āđāļĨāļ°āļĄ x0 â I
135
136 āļāļāļ 4. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļ
āļŠāļģāļŦāļĢāļāđāļāļĨāļ°āļāļēāļāļāļāļ (āļāļāđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļāđāļ āđ n āļāļģāļāļ§āļ, Îģ0, Îģ1, . . . , Îģnâ1) āļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāđāļāļāđāļŠāļāļāļāļāļāļ n
an(x)dny
dxn+ anâ1(x)
dnâ1y
dxnâ1+ · · ·+ a1(x)
dy
dx+ a0(x)y = b(x),
āļāļāļĄāđāļāļāļāđāļāļāļēāļāļāļāļy(x0) = Îģ0, yâē(x0) = Îģ1, . . . , y(nâ1)(x0) = Îģnâ1
āļāļ°āļĄāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļĒāļēāļĄāļāļāļāļ§āļ I āđāļĨāļ°āļĄāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļĒāļāļŦāļāļāđāļāļĒāļ§āđāļāļēāļāļ1
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 4.1. āļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļ(xâ 1)yâēâēâē â 3xyâēâē + 6x2yâē â sinâ1(x) y =
âx,
y(x0) = 1, yâē(x0) = 0, yâēâē(x0) = 7,(4.4)
āđāļĢāļēāļāļāļ§āļēâĒ a3(x) = xâ 1, a2(x) = â3x, a1(x) = 6x2 āļāļĒāļēāļĄāļāļāļāļ§āļ (ââ,â),âĒ a3(x) = xâ 1 āļĄāļāļēāđāļāļēāļāļāļĻāļāļĒāđāļĄāļ x = 1
âĒ a0(x) = â sinâ1 x āļāļĒāļēāļĄāļāļāļāļ§āļ [â1, 1]
âĒ āđāļĨāļ° b(x) =â
x āļāļĒāļēāļĄāļāļāļāļ§āļ [0,â)
āļāļāļāļāļāļāļāļāļ a0(x), a1(x), a2(x), a3(x) āđāļĨāļ° b(x) āļāļĒāļēāļĄāđāļĨāļ°āļāļāđāļāļāļāļāļĢāļāļĄāļāļ āļāļāļāļ§āļ [0, 1]
āđāļĨāļ° a3(x) 6= 0 āđāļĄāļ x 6= 1 āļāļāļāļāđāļāļĒāļāļĪāļĐāļāļāļāļāļēāļĢāļĄāļāļĒāļāļĢāļāđāļāļĒāļāļŦāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒ āļŠāļģāļŦāļĢāļx0 â [0, 1) āļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļ (4.4) āļĄāļāļĨāđāļāļĨāļĒ y(x) āļāļāļāļĒāļēāļĄāļāļ [0, 1) āđāļĨāļ°āļĄāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļĒāļāļŦāļāļāđāļāļĒāļ§āđāļāļēāļāļ
1āļāļāļēāļĢāļāļŠāļāļāđāļ [18]
4.1. āļāļĪāļĐāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļ 137
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 4.2. āļāļāļēāļĢāļāļēāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļy(4) + exyâēâēâē â xyâēâē + (x3 â 2x)yâē + sin(x) y = 0,
y(1) = yâē(1) = yâēâē(1) = yâēâēâē(1) = 0(4.5)
āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļāļ§āļāļāļģ āđāļĄāļāļāļāļēāļĢāļāļē a4(x) = 1, a3(x) = ex, a2(x) = âx, a1(x) = x3 â 2x, a0(x) = sinx āđāļĨāļ°b(x) = 0 āļāļāļ§āļēāļāļāļāļāļāļāļāļŦāļĄāļāļāļĒāļēāļĄāđāļĨāļ°āļāļāđāļāļāļāļāļ (ââ,â) āđāļĨāļ° a4(x) 6= 0
āđāļĨāļ°āđāļĢāļēāļāļāļ§āļēāļāļāļāļāļ y ⥠0 āļāļāļāļĒāļēāļĄāđāļāļāļ§āļ (ââ,â) āļāļģāđāļŦāļŠāļĄāļāļēāļĢ
y(4) + exyâēâēâē â xyâēâē + (x3 â 2x)yâē + sin(x) y = 0
āđāļāļāļāļĢāļ āļāļāļāļāđāļāļāđāļāļāļēāļĄāđāļāļāļāđāļ y(1) = yâē(1) = yâēâē(1) = yâēâēâē(1) = 0 āļāļāļāļāđāļāļĒāļāļĪāļĐāļāļāļāļāļēāļĢāļĄāļāļĒāļāļĢāļāđāļāļĒāļāļŦāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒ āļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļ (4.5) āļĄāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ y ⥠0 (āļŦāļĢāļ y(x) = 0
āļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļāļāļē x)
āđāļāļ§āļāļ§āļēāļĄāļāļāļāļēāļāļāļ§āļāļĒāļēāļ 4.2 āļāļģāđāļāļŠāļāļĢāļāļāđāļĻāļĐāļāļāļāļāļĪāļĐāļāļāļ 4.1 āđāļĄāļ b(x) ⥠0 āđāļĨāļ° Îģ0 =
Îģ1 = · · · = Îģnâ1 = 0 āļāļāļ
āļāļāđāļāļĢāļ4.2. āļāļēāļāļāļāļāļa0(x), . . . , an(x) āđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļāļāļ§āļIāļāļāļāļēāļĢāļāļēāđāļāļĒāļan(x) 6=
0 āļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļ āđ x â I āđāļĨāļ°āļĄ x0 â I
āļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāđāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļāļāļāļāļāļ n
an(x)dny
dxn+ anâ1(x)
dnâ1y
dxnâ1+ · · ·+ a1(x)
dy
dx+ a0(x)y = 0,
y(x0) = yâē(x0) = · · · y(nâ1)(x0) = 0(4.6)
āļĄāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļy(x) = 0, āļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļ āđ x â I
āļāļŠāļāļ āđāļāļāļāļāļēāļ y(x) ⥠0 āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļāđāļŠāļĄāļ āđāļĨāļ° y(x) ⥠0 āļāļĒāļēāļĄāļāļ āđ āļāļēx āļāļāļāļāđāļāļĒāļāļĪāļĐāļāļāļāļāļēāļĢāļĄāļāļĒāļāļĢāļāđāļāļĒāļāļŦāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒ y(x) ⥠0 āļāļāđāļāļāđāļāļĒāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļ (4.6) 2
138 āļāļāļ 4. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļ
4.2 āļāļĪāļĐāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāđāļāļāļēāļĢāļĻāļāļĐāļē āđāļĨāļ°āļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļāļāļāļāļāļŠāļ āđāļĢāļēāļāļ°āđāļĢāļĄāļāļāļāļāļēāļĢāļāļē
āļāļēāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļāļāļāļāļāļāđāļāļŠāļ§āļāļāļāļ°āļāļģāđāļŠāļāļāļāļĪāļĐāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļāļāļāļāļĒāļēāļĄ 4.1. āđāļŦāđāļāļ f1, f2, . . . , fm āđāļāļāļāļāļāļāļāđāļ āđ āļāļāļĒāļēāļĄāļāļāđāļāđāļĄāļāđāļĨāļ°āđāļāđāļĄāļāļĢāļ§āļĄāđāļāļĒāļ§āđāļāļĒāļ§āļāļāđāļĢāļēāđāļĢāļĒāļ
c1f1 + c2f2 + · · ·+ cmfm,
āđāļĄāļ c1, c2, . . . , cm āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ, āļ§āļēāļāļĨāļĢāļ§āļĄāđāļāļāđāļŠāļ (linear combination) āļāļāļ f1, f2, . . . , fm
āļāļāļāļĒāļēāļĄ 4.2. āđāļĢāļēāđāļĢāļĒāļāļāļāļāļāļ f1, f2, . . . , fm āļāļ m āļāļāļāļāļāļāļ§āļē āđāļāļāļāļŠāļĢāļ°āđāļāļāđāļŠāļ (linearlyindependent) āļāļāļāļ§āļ I āļāļēāđāļĄāļāļĢāļēāļāļāļ§āļēāļĄāļāļēāļāļāļāļ§ c1, . . . , cm (āđāļāļĒāļ c1, . . . , cm āļāļāļāđāļĄāđāļāļāļĻāļāļĒāļāļĢāļāļĄāļāļāļāļāļŦāļĄāļ) āļāļāļāļģāđāļŦ
c1f1(x) + c2f2(x) + · · ·+ cmfm(x) = 0
āļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļ āđ x â I
āđāļĨāļ°āđāļĢāļĒāļāļāļāļāļāļ f1, f2, . . . , fm āļāđāļĄāļĄāļāļāļŠāļĄāļāļāļāļ§āļē āđāļĄāļāļŠāļĢāļ°āđāļāļāđāļŠāļ (linearly dependent)āļŦāļĄāļēāļĒāđāļŦāļ āļāļēāļāļāļāļāļ f1, f2, . . . , fm āđāļĄāļāļŠāļĢāļ°āđāļāļāđāļŠāļāļāļāļāļāđāļĨāļ°āļāļ āļāļāļāļģāđāļŦāđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļāļĒāļāļāļāļāļāļāđāļ āļāļāļāļāļāļŦāļāļ āđāļŦāļāļĒāđāļāļĢāļāļāļĨāļĢāļ§āļĄāđāļāļāđāļŠāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāđāļŦāļĨāļāđāļāđāļĨāļ°āđāļāļĒāđāļāļ§āļāļēāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļēāļĢāļāļŠāļāļāļāļĪāļĐāļāļāļāļĄāļĨāļāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļ 3.2 (āļŦāļāļē 76) āđāļĢāļē
āļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļŠāļāļāđāļāļ§āļēāļāļĪāļĐāļāļāļ 4.3. āļāļē y1(x), y2(x), . . . , ym(x) āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļĒāļēāļĄāļāļāļāļ§āļ I āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļ
an(x)dny
dxn+ anâ1(x)
dnâ1y
dxnâ1+ · · ·+ a1(x)
dy
dx+ a0(x)y = 0, (4.7)
āđāļĄāļāļāļāļāļāļ a0(x), . . . , an(x) āđāļĨāļ°āļāļāļāļāļ b(x) āđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļāļāļ§āļ I āļāļāļāļēāļĢāļāļēāđāļāļĒāļan(x) 6= 0 āļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļ āđ x â I , āđāļĨāļ§
y(x) = c1y1(x) + c2y2(x) + · · ·+ cmym(x),
4.2. āļāļĪāļĐāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļ 139
āđāļĄāļ c1, c2, . . . , cm āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ, āļāļĒāļāļāļāđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļ (4.7)āļāļāļēāļĢāļāļēāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļ
an(x)dny
dxn+ anâ1(x)
dnâ1y
dxnâ1+ · · ·+ a1(x)
dy
dx+ a0(x)y = 0, (4.8)
y(x0) = Îģ0, yâē(x0) = Îģ1, . . . , y(nâ1)(x0) = Îģnâ1 (4.9)
āļāļē y(x) = c1y1(x) + c2y2(x) + · · · + cmym(x) āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (4.8) āđāļĨāļ°āđāļāļāđāļāļāļēāļĄāđāļāļāļāđāļāļāļēāļāļāļāļ (4.9) āļāļāļāļāđāļĢāļēāđāļāļ§āļē
y(x0) = c1y1(x0) + c2y2(x0) + · · ·+ cmym(x0) = Îģ0
yâē(x0) = c1y1(x0) + c2yâē2(x0) + · · ·+ cmyâēm(x0) = Îģ1
...y(nâ1)(x0) = c1y
(nâ1)1 (x0) + c2y
(nâ1)2 (x0) + · · ·+ cmy(nâ1)
m (x0) = Îģnâ1
āļŦāļĢāļāđāļāļĒāļāđāļāđāļāļĢāļāđāļĄāļāļĢāļāļāđāļāđāļāļ
y1(x0) y2(x0) · · · ym(x0)
yâē1(x0) yâē2(x0) · · · yâēm(x0)... ... . . . ...
y(nâ1)1 (x0) y
(nâ1)2 (x0) · · · y
(nâ1)m (x0)
c1
c2
...
...cm
=
Îģ0
Îģ1
...Îģnâ1
(4.10)
āđāļāļĒāļāļĪāļĐāļāļāļāđāļāļ§āļāļēāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļ āļĢāļ°āļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (4.10) āļāļ°āļāļāļāļŠāļĄāļĄāļĨāļāļāļĢāļ°āļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ
y1(x0) y2(x0) · · · yn(x0)
yâē1(x0) yâē2(x0) · · · yâēn(x0)... ... . . . ...
y(nâ1)1 (x0) y
(nâ1)2 (x0) · · · y
(nâ1)n (x0)
c1
c2
...cn
=
Îģ0
Îģ1
...Îģnâ1
, (4.11)
āđāļĄāļ y1(x), y2(x), . . . , yn(x) āļāļēāļāđāļāļāļāļĨāļĢāļ§āļĄāđāļāļāđāļŠāļāļāļāļ y1(x), y2(x), . . . , ym(x)
āđāļĨāļ°āļāļĪāļĐāļāļāļāļāļēāļĢāļĄāļāļĒāļāļĢāļāđāļāļĒāļāļŦāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļ āļāļģāđāļŦāđāļāļ§āļēāļĢāļ°āļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (4.11) āļĄāļāļĨāđāļāļĨāļĒ āđāļĨāļ°āļĄāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļĒāļāļŦāļāļāđāļāļĒāļ§āđāļĨāļ°āļĢāļ°āļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (4.11) āļāļ°āļĄāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļĒāļ
140 āļāļāļ 4. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļ
āļŦāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāđāļĄāļāđāļĄāļāļĢāļāļ
y1(x0) y2(x0) · · · yn(x0)
yâē1(x0) yâē2(x0) · · · yâēn(x0)... ... . . . ...
y(nâ1)1 (x0) y
(nâ1)2 (x0) · · · y
(nâ1)n (x0)
(4.12)
āļāļāļāļĄāļāļēāļĨāļģāļāļāļāļ2 (rank) āđāļāļēāļāļnāļāļāļŦāļĄāļēāļĒāļāļ āđāļ§āļāđāļāļāļĢāļāļāđāļāļāļĄāļāļ§āļēāļĄāđāļāļāļāļŠāļĢāļ°āđāļāļāđāļŠāļāļāļāļāļāđāļĨāļ°āļāļ
y1(x0)
yâē1(x0)...
y(nâ1)1 (x0)
,
y2(x0)
yâē2(x0)...
y(nâ1)2 (x0)
, · · · ,
yn(x0)
yâēn(x0)...
y(nâ1)n (x0)
(4.13)
āđāļĨāļ°āđāļĄāļāļĨāļģāļāļāļāļāļāļāļāđāļĄāļāļĢāļāļāļĄāļāļēāđāļāļēāļāļāļāļģāļāļ§āļāđāļāļ§āđāļĨāļ°āļŠāļāļĄāļ āļāļ°āđāļāļ§āļēāļāđāļāļāļĢāļĄāđāļāļāļ (de-terminant) āļāļāļāđāļĄāļāļĢāļāļ (4.12) āļāļāļāđāļĄāļĄāļāļēāđāļāļāļĻāļāļĒ
âĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢ
y1(x0) y2(x0) · · · yn(x0)
yâē1(x0) yâē2(x0) · · · yâēn(x0)... ... . . . ...
y(nâ1)1 (x0) y
(nâ1)2 (x0) · · · y
(nâ1)n (x0)
âĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢ
6= 0 (4.14)
āļĢāļāđāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļĢāļĄāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāđāļĨāļ°āļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļĄāļĨāļāļĐāļāļ°āđāļāļĨāđāļāļĒāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļĢāļĄāđāļāļāļāļāļāļĢāļēāļāļāđāļ (4.14) āļĄāļāļāđāļĢāļĒāļāđāļāļāļēāļ°āļāļāļāļāļāļāļĒāļēāļĄ 4.3 (āļĢāļāļāļŠāđāļāļĒāļ). āļāļēāļāļāļāļāļ f1, . . . , fn āļŦāļēāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļāļāļāļ n â 1 āđāļĨāļ§ āđāļĢāļēāđāļĢāļĒāļāļāļāļāļāļ
W [f1, . . . , fn] (x) :=
âĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢ
f1(x) f2(x) · · · fn(x)
f âē1(x) f âē2(x) · · · f âēn(x)... ... . . . ...
f(nâ1)1 (x) f
(nâ1)2 (x) · · · f
(nâ1)n (x)
âĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢ
(4.15)
āļ§āļēāļĢāļāļāļŠāđāļāļĒāļ (Wronskian) āļāļāļ f1, . . . , fn
2āļāļāļĒāļēāļĄāļāļāļ âāļāļēāļĨāļģāļāļāļāļâ āļŦāļĢāļ ârankâ āđāļāđāļ [5]
4.2. āļāļĪāļĐāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļ 141
āļāļēāđāļāļĨ3 āļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļŠāļāļāđāļŦāđāļŦāļāđāļāļ§āļē āļāļē y1(x), . . . , yn(x) āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļan(x)
dny
dxn+ anâ1(x)
dnâ1y
dxnâ1+ · · ·+ a1(x)
dy
dx+ a0(x)y = 0
āļāļāļāļ§āļ I āđāļĨāļ§ āļŠāļģāļŦāļĢāļ x0 â I
W [y1, . . . , yn] (x) = W [y1, . . . , yn] (x0) exp(â
âŦ x
x0
anâ1(t)an(t)
dt
)(4.16)
āđāļĢāļēāđāļĢāļĒāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (4.16) āļāļ§āļēāļŠāļāļĢāļāļāļāļāļēāđāļāļĨ4 (Abelâs formula)āļŠāļāļĢāļāļāļāļāļēāđāļāļĨāđāļŠāļāļāđāļŦāđāļŦāļāļ§āļēāļāļēāļĄ x0 â I āļāļW [y1, . . . , yn] (x0) = 0 āđāļĨāļ§W [y1, . . . , yn] (x) = 0 āļāļ āđ x â I
āđāļĨāļ°āđāļāļāļģāļāļāļāļāļĨāļāļāļāļāļēāļĄ x0 â I āļāļW [y1, . . . , yn] (x0) 6= 0 āđāļĨāļ§W [y1, . . . , yn] (x) 6= 0 āļāļ āđ x â I
āļāļēāļāļŠāļāļĢāļāļāļāļāļēāđāļāļĨ āđāļĨāļ°āđāļāļāļāđāļ (4.14) āļāļāļāļāļW [y1, . . . , yn] (x0) 6= 0 āļāļģāđāļŦāđāļāļ§āļēâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢ
y1(x) y2(x) · · · yn(x)
yâē1(x) yâē2(x) · · · yâēn(x)... ... . . . ...
y(nâ1)1 (x) y
(nâ1)2 (x) · · · y
(nâ1)n (x)
âĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢ
6= 0, âx â I (4.17)
āđāļĨāļ°āļāļģāđāļŦāđāļāļ§āļēāđāļ§āļāđāļāļāļĢāļāļāđāļāļ
y1(x)
yâē1(x)...
y(nâ1)1 (x)
,
y2(x)
yâē2(x)...
y(nâ1)2 (x)
, · · · ,
yn(x)
yâēn(x)...
y(nâ1)n (x)
(4.18)
āļĄāļāļ§āļēāļĄāđāļāļāļāļŠāļĢāļ°āđāļāļāđāļŠāļāļāļ āđ x â I āđāļĨāļ°āļāļ§āļĒāļāļ§āļēāļĄāđāļāļāļāļŠāļĢāļ°āđāļāļāđāļŠāļāļāļāļāđāļ§āļāđāļāļāļĢāļāļēāļ āđ āđāļ (4.18)āļŠāļāļāļĨāđāļŦ
y1(x), y2(x), . . . , yn(x)
3āļāļĨāļŠ āđāļŪāļāļĢāļ āļāļēāđāļāļĨ (Abel, Nields Henrik) āđāļāļāļāļāļāļāļāļĻāļēāļŠāļāļĢāļāļēāļ§āļāļāļĢāđāļ§āļĒ āđāļĄāļāļāļēāđāļāļĨāļāļēāļĒāđāļāļĒāļ 19 āļ āđāļāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļŠāļāļāđāļāļ§āļēāđāļĢāļēāļāļ°āđāļĄāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļŦāļāļēāļĄāļĨāļģāļāļāļāļāļāļŦāļē āđāļĨāļ°āļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļŦāļāļēāļĄāļĨāļģāļāļāļāļāļŠāļāļāļ§āļēāļāļāđāļ āļāļēāļāļ§āļāļĒāļāļāļāļāļēāđāļāļĨāļŦāļĨāļēāļĒāļāļ āđāļāļāļĢāļēāļāļāļēāļāļŠāļģāļāļāđāļāļŦāļĨāļēāļĒ āđ āļŠāļēāļāļēāļāļāļāļāļāļāļĻāļēāļŠāļāļĢ āđāļĨāļ°āļāļŠāļāļŠ
4āļāļāļēāļĢāļāļŠāļāļāļŠāļāļĢāļāļāļāļāļēāđāļāļĨ āđāļāđāļ [5]
142 āļāļāļ 4. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļ
āļĄāļāļ§āļēāļĄāđāļāļāļāļŠāļĢāļ°āđāļāļāđāļŠāļāļāļēāļāļāļāļŠāļāđāļāļāļāļāļĨāļēāļ§āļĄāļē āđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļģāđāļāļŠāļĢāļāđāļāļāļāļĪāļĐāļāļāļāđāļāļāļ
āļāļĪāļĐāļāļāļ 4.4. āđāļŦ y1(x), . . . , yn(x) āđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļĒāļēāļĄāļāļāļāļ§āļ I āđāļāļĒāļ y1, . . . , yn āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāđāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļ
an(x)dny
dxn+ anâ1(x)
dnâ1y
dxnâ1+ · · ·+ a1(x)
dy
dx+ a0(x)y = 0 (4.19)
āļāļēāļĄāļāļ x0 āļāļ x0 â I āđāļĨāļ°W [y1, . . . , yn] (x0) 6= 0, (4.20)
āđāļĨāļ§ āļāļ āđ āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (4.19) āļāļāļāļĒāļēāļĄāļāļāļāļ§āļ I āļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļāđāļāļĒāļāđāļāđāļāļĢāļy(x) = c1y1(x) + · · ·+ cnyn(x), (4.21)
āđāļĄāļ c1, . . . , cn āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđāđāļĢāļēāđāļĢāļĒāļāđāļāļ {y1, . . . , yn} āļāļāđāļāļāđāļāļāļēāļĄāđāļāļāļāđāļ (4.20) āļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļēāļāļāļ x0 â I āļ§āļēāđāļāļāļāļāļāļāļĨ
āđāļāļĨāļĒāļĄāļĨāļāļēāļ (fundamental solution set) āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (4.19) āļāļāļāļ§āļ IāđāļĨāļ°āđāļĢāļĒāļāļāļĨāļĢāļ§āļĄāđāļāļāđāļŠāļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒ y1, . . . , yn,
y(x) = c1y1(x) + c2y2(x) + · · ·+ cnyn(x),
āđāļĄāļ c1, . . . , cn āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ, āļ§āļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļ (general solution) āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ 4.19āļāļ§āļāļĒāļēāļ 4.3. āļāļē y1(x) = x, y2(x) = x2 āđāļĨāļ° y3(x) = xâ1 āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ
x3yâēâēâē + x2yâēâē â 2xyâē + 2y = 0, x > 0 (4.22)āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (4.22)āļ§āļāļāļģ āđāļāļāļāļāļēāļ y1, y2 āđāļĨāļ° y3 āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (4.22) (āļāļāļēāļāļāļēāļāļāļ°āļĨāļāļāļāļĢāļ§āļāļŠāļāļāļāļģāļāļ§āļĒāļāļēāļĢāđāļāļāļāļēāļĨāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļāļāļĢāļ) āđāļāļĒāļāļĪāļĐāļāļāļ 4.4 āđāļĢāļēāļāļ°āļāļāļēāļĢāļāļēāļāļēāļĢāļāļāļŠāđāļāļĒāļ
W [y1, y2, y3] (x) =
âĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢ
y1(x) y2(x) y3(x)
yâē1(x) yâē2(x) yâē3(x)
yâēâēâē1 (x) yâēâēâē2 (x) yâēâēâē3 (x)
âĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢ
=
âĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢ
x x2 xâ1
1 2x âxâ2
0 2 2xâ3
âĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢ
=6x
4.2. āļāļĪāļĐāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļ 143
āļāļāļ§āļēW [y1, y2, y3] (x) 6= 0 āļāļ āđ x > 0 āļāļāļāļāđāļāļ{x, x2, xâ1
}
āđāļāļāđāļāļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļĄāļĨāļāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (4.22) āđāļĨāļ°y(x) = c1x + c2x
2 + c3xâ1, x > 0,
āđāļĄāļ c1, c2, c3 āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ, āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (4.22)āđāļĨāļ°āļāļēāļāļāļēāļĢāļŠāļāđāļāļāļāļāļŦāļĄāļ āļāļģāđāļŦāđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļŠāļĢāļāđāļāļāļāļĪāļĐāļāđāļāļĄāđāļāļĄāđāļāļāļāļāļ
āļāļĪāļĐāļāļāļ 4.5. āļāļē y1, . . . , yn āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒ n āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļĒāļēāļĄāļāļāļāļ§āļ I āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢan(x)
dny
dxn+ anâ1(x)
dnâ1y
dxnâ1+ · · ·+ a1(x)
dy
dx+ a0(x)y = 0 (4.23)
āđāļĨāļ§ āļāļāļāļ§āļēāļĄāļāļāđāļāļāļŠāļĄāļĄāļĨāļāļ1. {y1, . . . , yn} āđāļāļāđāļāļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļĄāļĨāļāļēāļāļāļāļ (4.23)2. y1, . . . , yn āđāļāļāļāļŠāļĢāļ°āđāļāļāđāļŠāļ3. āļĢāļāļāļŠāđāļāļĒāļW [y1, . . . , yn] (x) 6= 0 āļāļ āđ āļāļē x â I
144 āļāļāļ 4. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļ
āđāļāļāļāļāļŦāļ1. āļāļāļēāļĢāļāļēāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļāđāļāļ āđāļĨāļ§āļŦāļēāļāļ§āļ I āļāļāļāļĪāļĐāļāļāļāļāļēāļĢāļĄāļāļĒāļāļĢāļāđāļāļĒāļāļŦāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒ4.1 āļĒāļāļĒāļāļ§āļēāļāļ°āļĄāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļĒāļāļĢāļ(a) y(4) + 4yâēâēâē + 4y = x
(b) x(xâ 1)y(4) + exyâēâēâē + 4x2y = 0
(c) (xâ 1)y(4) +(x+1)yâēâē+(tanx)y = 0
(d) xyâēâēâē + (sinx)yâēâē + 3y = cosx
(e) yâēâēâē + xyâē + x2yâē + x3y = lnx
(f) (x2 â 4)y(4) + x2yâēâēâē + 9y = 0
2. āļāļāđāļŠāļāļāļ§āļēāļāļāļāļāļāđāļāđāļāļĨāļ°āļāļāļāļāđāļāļ āļĄāļāļ§āļēāļĄāđāļāļāļāļŠāļĢāļ°āđāļāļāđāļŠāļāļŦāļĢāļāđāļĄ āļāļēāđāļĄāđāļāļ āļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļ§āļāđāļĄāđāļāļāļĻāļāļĒāļāļāļŦāļĄāļ āļāļāļāļģāđāļŦāļāļĨāļĢāļ§āļĄāđāļāļāđāļŠāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļĨāļēāļ§āđāļāļēāļāļāļĻāļāļĒ(a) f1(x) = x + x2, f2(x) = xâ x2
(b) f1(x) = x + x2, f2(x) = xâ x2, f3(x) = x2
(c) f1(x) = 2xâ 3, f2(x) = x2 + 1, f3(x) = 2x2 â x
(d) f1(x) = 2xâ 3, f2(x) = x2 + 1, f3(x) = 2x2 â 1
(e) f1(x) = 2xâ 3, f2(x) = 2x2 + 1, f3(x) = 3x2 + x
(f) f1(x) = 2xâ 3, f2(x) = x2 + 1, f3(x) = 2x2 â x, f4(x) = x2 + x + 1
(g) f1(x) = 2xâ 3, f2(x) = x3 + 1, f3(x) = 2x2 â x, f4(x) = x2 + x + 1
3. āļāļāļŦāļēāļāļĢāļ§āļāļŠāļāļāļ§āļēāļāļāļāļāļāļāđāļŦ āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ āđāļĨāļ°āļŦāļēāļĢāļāļāļŠāđāļāļĒāļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļŦāļĨāļēāļāļ(a) yâēâēâē + yâē = 0, y1 = 1, y2 = cosx, y3 = sin x
(b) y(4) + yâēâē = 0, y1 = 1, y2 = x, y3 = cosx, y4 = sin x
(c) yâēâēâē + 2yâēâē â yâē â 2y = 0, y1 = ex, y2 = eâx, y3 = eâ2x
(d) y(4) + 2yâēâēâē + yâēâē = 0, y1 = 1, y2 = x, y3 = eâx, y4 = xeâx
(e) xyâēâēâē â yâēâē = 0, y1 = 1, y2 = x, y3 = x3
(f) x3yâēâēâē + x2yâēâē â 2xyâē + 2y = 0, y1 = x, y2 = x2, y3 = 1/x
4.3. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļāļāļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§ 145
4.3 āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļāļāļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļāļŦāļ§āļāļāļ āļāļ°āđāļŠāļāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļāļāļāļāļāļ n āļāļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļ
āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§any(n) + anâ1y
(nâ1) + · · ·+ a1yâē + a0y = 0, (4.24)
āđāļĄāļ a0, a1, . . . , an āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āļāļāđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļāđāļ āđ āđāļĨāļ° an 6= 0
āđāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (4.24) āđāļĢāļēāļāļ°āļāļĒāļēāļĒāđāļāļ§āļāļ§āļēāļĄāļāļāļāļēāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļāļāļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļāļŦāļ§āļāļ 3.6 (āļŦāļāļē 83) āļāļāļāļŠāļĄāļĄāļāđāļŦāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (4.24) āļāļĒāđāļāļĢāļ
y = ceÎŧx,
āđāļĄāļ Îŧ āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§ āđāļĨāļ° c āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ, āđāļĄāļāđāļāļāļāļē y āđāļĨāļ°āļāļāļāļāļ yâē, yâēâē, . . . , y(n) āļĨāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (4.24) āļāļ°āđāļāļ§āļē
an
(cÎŧneÎŧx
)+ anâ1
(cÎŧnâ1eÎŧx
)+ · · ·+ a1
(cÎŧeÎŧx
)+ a0
(ceÎŧx
)
=(anÎŧn + anâ1Îŧ
nâ1 + · · ·+ a1Îŧ + a0
) (ceÎŧx
)
= 0
āļāļāļāļ y = ceÎŧx āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (4.24) āļāļāļāđāļĄāļ
anÎŧn + anâ1Îŧnâ1 + · · ·+ a1Îŧ + a0 = 0 (4.25)
āđāļĢāļēāđāļĢāļĒāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (4.25) āļāļ§āļēāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļ (characteristic equation) āļŦāļĢāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļ§āļĒ(auxiliary equation) āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (4.24) āđāļāļĒāļāļĪāļĐāļāļāļāļĄāļĨāļāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļ5 āļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļāļĒāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ(4.25) āđāļāđāļāļĢāļ
an(Îŧâ Îŧ1)(Îŧâ Îŧ2) · · · (Îŧâ Îŧn) = 0
āļāļģāļāļ§āļ n āļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļ, āđāļĄāļ Îŧ1, . . . , Îŧn āđāļāļāļāļģāļāļ§āļāđāļāļāļāļāļ(āđāļāļĒāļāļēāļāļāļ°āļĄāļāļēāļāļāļēāļāļģāļāļāļāđāļ) āļāļāđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļŠāļĄāļāļēāļĢ (4.25)
5āļāļāļĪāļĐāļāļāļāļĄāļĨāļāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŦāļāļē 63
146 āļāļāļ 4. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļ
4.3.1 āļāļĢāļāļĢāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļāđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļāđāļ āđ āļāđāļāļāļāļēāļāļāļāļāļēāļĢāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļ (4.25) āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (4.24) āđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļāđāļ āđ āļāđāļāļāļāļēāļ
āļāļ Îŧ1, . . . , Îŧn āļŠāļĄāļāļēāļĢ (4.24) āļĄāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļģāļāļ§āļ n āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāđāļāļāļāļŠāļĢāļ°āđāļāļāđāļŠāļ āļāļeÎŧ1x, eÎŧ2x, . . . , eÎŧnx
āđāļĨāļ°āļĄāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļy(x) = c1e
Îŧ1x + c2eÎŧ2x + · · ·+ cneÎŧnx, (4.26)
āđāļĄāļ c1, . . . , cn āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđāļāļ§āļāļĒāļēāļ 4.4. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ
y(4) + yâēâēâē â 7yâēâē â yâē + 6y = 0 (4.27)āļ§āļāļāļģ āļŠāļĄāļāļēāļĢ (4.27) āļĄāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļāļāļ
Îŧ4 + Îŧ3 â 7Îŧ2 â Îŧ + 6 = 0
āļāļāļĄāļĢāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļ Îŧ1 = 1, Îŧ2 = â1, Îŧ3 = 2 āđāļĨāļ° Îŧ4 = â3 āļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (4.27) āļĄāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļ
y(x) = c1ex + c2e
âx + c3e2x + c4e
â3x,
āđāļĄāļ c1, c2, c3 āđāļĨāļ° c4 āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđāļāļ§āļāļĒāļēāļ 4.5. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļ
yâēâēâē â 5yâēâē + 6yâē = 0, (4.28)y(0) = 6, yâē(0) = 7, yâēâē(0) = 17 (4.29)
āļ§āļāļāļģ āļŠāļĄāļāļēāļĢ (4.28) āļĄāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļāļāļÎŧ3 â 5Îŧ2 + 6Îŧ = Îŧ(Îŧâ 2)(Îŧâ 3) = 0
āļāļāļĄāļĢāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļ Îŧ1 = 0, Îŧ2 = 2 āđāļĨāļ° Îŧ3 = 3 āļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ āļāļy(x) = c1e
0x + c2e2x + c3e
3x = c1 + c2e2x + c3e
3x
4.3. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļāļāļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§ 147
āđāļĄāļ c1, c2 āđāļĨāļ° c3 āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđāđāļĨāļ°āđāļāļĒāđāļāļāļāđāļ (4.29) āļāļģāđāļŦāđāļāļ§āļēy(0) = 6 : c1 + c2 + c3 = 6,
yâē(0) = 7 : 2c2 + 3c3 = 7,
yâēâē(0) = 17 : 4c2 + 9c3 = 17
(4.30)
āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļĢāļ°āļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (4.29) āļāļc1 = 3, c2 = 2, c3 = 1
āļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļāļāļy(x) = 3 + 2e2x + e3x
4.3.2 āļāļĢāļāļĢāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļāđāļāļāļāļģāļāļ§āļāđāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļēāļāļāļāđāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļĢāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļ
anÎŧn + anâ1Îŧnâ1 + · · ·+ a1Îŧ + a0 = 0
āļāļēāļĢāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļģāļāļ§āļāđāļāļāļāļāļāļāļāļŦāļĄāļ āļāļģāļāļ§āļāļĢāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļ°āļāļāļāđāļāļāđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļ6 āļāļāļāļĒāđāļāļĢāļāļāļāļāļāļŠāļāļĒāļ rj Âą isj , j = 1, . . . , n/2, āđāļĄāļrj āđāļĨāļ° sj āđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļ āđāļĨāļ° i =
ââ1
āļŠāļĄāļāļēāļĢ (4.24) āļĄāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļģāļāļ§āļ n āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāđāļāļāļāļŠāļĢāļ°āđāļāļāđāļŠāļ āļāļe(r1+is1)x, e(r1âis1)x, . . . , e(rn/2+isn/2)x, e(rn/2âisn/2)x
āđāļāļāļāļāļ§āļĒāđāļāļāļĨāļāļĐāļ eix = cos x + i sinx āđāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ āđāļĢāļēāļāļāļĄāļāļāļāļēāļĢāļāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒ n āđāļāļĨāļĒ āļāļāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļāļāļŠāļĄāļĄāļĨāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļēāļāļāļ āđāļāđāļ
er1x cos(s1x), er1x sin(s1x), . . . , ern/2x cos(sn/2x), ern/2x sin(sn/2x)
āļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļ āļŠāļĄāļāļēāļĢ (4.24) āļāļĒāđāļāļĢāļy(x) = er1x (c1 cos(s1x) + c2 sin(s1x)) + er2x (c3 cos(s2x) + c4 sin(s2x))
+ · · ·+ ern/2x(cnâ1 cos(sn/2x) + cn sin(sn/2x)
),
āđāļĄāļ c1, . . . , cn āđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļāđāļ āđ6āļŠāļāđāļāļāđāļāļ§āļē n āļāļāļāđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāđāļāļēāļāļ
148 āļāļāļ 4. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļ
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 4.6. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ
y(6) + 14y(4) + 49yâēâē + 36y = 0 (4.31)
āļ§āļāļāļģ āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (4.31) āļāļ
Îŧ6 + 14Îŧ4 + 49Îŧ2 + 36 = (Îŧ2 + 9)(Îŧ2 + 4)(Îŧ2 + 1) = 0
āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļāļĄāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ Îŧ = Âąi, Âą2i, Âą3i
āļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (4.31) āļĄāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļ
y(x) = e0 (c1 cosx + c2 sinx) + e0 (c3 cos 2x + c4 sin 2x) + e0 (c5 cos 3x + c6 sin 3x)
= c1 cosx + c2 sinx + c3 cos 2x + c4 sin 2x + c5 cos 3x + c6 sin 3x
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 4.7. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļ
y(4) + yâēâē + y = 0 (4.32)y(0) = 1, yâē(0) = 1, yâēâē(0) = 0, yâēâēâē(0) = 1 (4.33)
āļ§āļāļāļģ āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (4.32) āļāļ
Îŧ4 + Îŧ2 + 1 = (Îŧ2 + Îŧ + 1)(Îŧ2 â Îŧ + 1) = 0
āđāļĢāļēāļŦāļē Îŧ āļāļāļāļģāđāļŦ Îŧ2 + Îŧ + 1 = 0 āđāļāļāļ
Îŧ =â1Âąâ12 â 4 · 1 · 1
2 · 1=
â1Âąââ32
=â1Âą i
â3
2
= â12Âąâ
32
i
āđāļĨāļ°āđāļāļāļģāļāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļ āļĢāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ Îŧ2 â Îŧ + 1 = 0 āļāļ Îŧ =12Âąâ
32
i
āļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļāļĄāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ Îŧ = â12Âąâ
32
i,12Âąâ
32
i
āļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (4.32) āļĄāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļ
y(x) = ex2
(c1 cos
â3
2x + c2 sin
â3
2x
)+ eâ
x2
(c3 cos
â3
2x + c4 sin
â3
2x
)
4.3. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļāļāļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§ 149
āđāļĨāļ°āđāļāļĒāđāļāļāļāđāļāļāļāļāļ (4.33) āļāļģāđāļŦāđāļy(0) = 1 : c1 + c3 = 1
yâē(0) = 1 :c1
2+ c2 â c3
2+ c4 = 1
yâēâē(0) = 0 : â34c1 + c2 â 3
4c3 â c4 = 0
yâēâēâē(0) = 1 : â118
c1 â c2
4+
118
c3 â c4
4= 1
(4.34)
āđāļĄāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļĢāļ°āļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (4.34) āļāļģāđāļŦāđāļc1 = 0, c2 =
98, c3 = 1, c4 =
38
āļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļāļāļy(x) =
98e
x2 sin
â3
2x + eâ
x2
(cos
â3
2x +
38
sinâ
32
x
)
4.3.3 āļāļĢāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļāļĄāļĢāļēāļāļāļģāļāļēāļāđāļāļāļŦāļēāđāļāļŦāļ§āļāļ 3.6.2 āļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļ
ayâēâē + byâē + cy = 0 (4.35)āļĄāļĢāļēāļāļāļāđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļāļāđāļŦāļĄāļāļāļāļ, Îŧ = â b
2a, āļŠāļĄāļāļēāļĢ (4.35) āļĄāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāđāļāļāļāļŠāļĢāļ°āđāļāļāđāļŠāļāđāļāđāļ
eÎŧx āđāļĨāļ° xeÎŧx
āļāļ§āļĒāļāļēāļĢāļāļŠāļāļāđāļāļĒāļāļāļāļĒāđāļāļāļāļāļāļĻāļēāļŠāļāļĢ7 āđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļŠāļāļāđāļŦāđāļŦāļāđāļāļ§āļēâĒ āļāļēāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļāļāļāļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§ āļĄāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļ āļāļāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļāļĒāļāđāļāđāļāļĢāļ
an(Îŧâ Îŧâ)n = 0
āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļ āļāļ°āļĄāļāļĨāđāļāļĨāļĒ n āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāđāļāļāļāļŠāļĢāļ°āđāļāļāđāļŠāļāļāļeÎŧâx, xeÎŧâx, . . . , xnâ1eÎŧâx
āđāļĨāļ°āļĄāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļy(x) = c1e
Îŧâx + c2xeÎŧâx + · · ·+ cnxnâ1eÎŧâx,
āđāļĄāļ c1, . . . , cn āđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļāđāļ āđ7āļāļāļēāļĢāļāļŠāļāļāđāļāđāļ [14, 18]
150 āļāļāļ 4. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļ
âĒ āđāļĨāļ°āļāļēāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļāļāļāļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§ āļĄāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļāļāļāļĄāļĢāļēāļāļāļ
Îŧ = r + is āđāļĨāļ°Îŧ = r â is
āļāļģāļāļ§āļāļāļāļŦāļĄāļ n āļĢāļēāļ (āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļĒāđāļāļĢāļ an
[Îŧ2 â 2rÎŧ + (r2 + s2)
]n = 0)āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļ āļāļ°āļĄāļāļĨāđāļāļĨāļĒ n āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāđāļāļāļāļŠāļĢāļ°āđāļāļāđāļŠāļāļāļerx cos sx, erx sin sx, xerx cos sx, xerx sin sx, . . . , x
n2â1erx cos sx, x
n2â1erx sin sx,
āđāļĨāļ°āļĄāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļy(x) = erx (c1 cos sx + c2 sin sx) + erx (c3x cos sx + c4x sin sx)
+ · · ·+ erx(cnâ1x
n2â1 cos sx + cnx
n2â1 sin sx
)
= erx([
c1 + c3x + ... + cnâ1xn2â1
]cos sx +
[c2 + c4x + ... + cnx
n2â1
]sin sx
)
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 4.8. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢy(8) + 8y(7) + 28y(6) + 56y(5) + 70y(4) + 56yâēâēâē + 28yâēâē + 8yâē + y = 0 (4.36)
āļ§āļāļāļģ āļŠāļĄāļāļēāļĢ (4.36) āļĄāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļ āļāļÎŧ8 + 8Îŧ7 + 28Îŧ6 + 56Îŧ5 + 70Îŧ4 + 56Îŧ3 + 28Îŧ2 + 8Îŧ + 1 = (Îŧ + 1)8 = 0
āļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļĄāļĢāļēāļ āļāļ Îŧ = â1 āļāļģāļāļ 8 āļĢāļēāļ āļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (4.36) āļĄāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļy(x) = c1e
âx + c2xeâx + c3x2eâx + c4x
3eâx + c5x4eâx + c6x
5eâx + c7x6eâx + c8x
7eâx,
āđāļĄāļ c1, . . . , c8 āđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļāđāļ āđāļāļ§āļāļĒāļēāļ 4.9. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ
y(6) â 6y(5) + 18y(4) â 32yâēâēâē + 36yâēâē â 24yâē + 8y = 0 (4.37)
āļ§āļāļāļģ āļŠāļĄāļāļēāļĢ (4.37) āļĄāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļ āļāļÎŧ6 â 6Îŧ5 + 18Îŧ4 â 32Îŧ3 + 36Îŧ2 â 24Îŧ6 + 8 = (Îŧ2 â 2Îŧ + 2)3 = 0
4.3. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļāļāļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§ 151
āļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļĄāļĢāļēāļ āļāļ 1 + i āđāļĨāļ° 1â i āļāļģāļāļāļāļĒāļēāļāļĨāļ° 3 āļĢāļēāļ āļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (4.37) āļĄāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāđāļāļāļāļŠāļĢāļ°āđāļāļāđāļŠāļ 6 āļāļĨāđāļāļĨāļĒ āđāļāđāļ
ex cosx, ex sinx, xex cosx, xex sinx, x2ex cosx, x2ex sinx
āđāļĨāļ°āļĄāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļ
y(x) = ex[(c1 + c2x + c3x
2) cos x + (c4 + c5x + c6x2) sin x
]
āđāļĄāļ c1, . . . , c6 āđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļāđāļ āđ
4.3.4 āļāļĢāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļāļĄāļĢāļēāļāļāļĢāļ°āļāļāļāļāļ§āļĒāđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļ āļāļģāļāļ§āļāđāļāļāļāļāļāđāļĨāļ°āļĢāļēāļāļāļģ
āļāļĢāļāļ āđāļāļāļāļĢāļāļāļ§āđāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļāļĢāļāļāđāļāļāļĨāļēāļ§āļĄāļēāđāļĨāļ§ āļāļāđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļģāļ§āļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļāļāļ āļĄāļēāļāļĢāļ°āļĒāļāļāđāļāđāļāļāļāļāļēāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļāļĄāļĢāļēāļāđāļāđāļ
âĒ Îŧ1, . . . , Îŧn1 āļāļāđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļāļāđāļāļāļāļēāļāļāļ
âĒ r1 Âą s1i, . . . , rn2 Âą sn2i āđāļāļāļāļģāļāļ§āļāđāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļēāļāļāļāļāļāļŦāļĄāļ
âĒ Îģ1 āđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļāļāļāļĄāļĢāļēāļāļāļģāļāļāđāļāļāļāļģāļāļ§āļ Îī1 āļĢāļēāļ, Îģ2 āđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļāļāļāļĄāļĢāļēāļāļāļģāļāļāđāļāļāļāļģāļāļ§āļ Îī2 āļĢāļēāļ, . . . , Îģn3 āđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļāļāļāļĄāļĢāļēāļāļāļģāļāļāđāļāļāļāļģāļāļ§āļ Îīn3 āļĢāļēāļ
âĒ āđāļĨāļ° c1 Âą d1i, . . . , cn4 Âą dn4i āđāļāļāļāļģāļāļ§āļāđāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļĢāļēāļāļāļģāļāļāļāļģāļāļ§āļ â1, . . . ,ân4
āļāļēāļĄāļĨāļģāļāļ
āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ āļāļ°āļĄāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāđāļāļāļāļŠāļĢāļ°āđāļāļāđāļŠāļ āļāļ
âĒ eÎŧ1x, eÎŧ2x, . . . , eÎŧn1x,
âĒ er1 cos s1x, er1 sin s2x, er2 cos s2x, er2 sin s2x, . . . , ern2 cos sn2x, ern2 sin sn2x,
âĒ eÎģ1x, xeÎģ1x, . . . , xÎī1â1eÎģ1x, eÎģ2x, xeÎģ2x, . . . , eÎģn3x, xeÎģn3x, . . . , xÎīn3â1eÎģn3x,
152 āļāļāļ 4. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļ
âĒ ec1x cos d1x, xec1x cos d1x, . . . , xâ1â1ec1x cos d1x, ec1x sin d1x, xec1x sin d1x, . . . ,
xâ1â1ec1x sin d1x,. . . ,ecn4x cos d1x,xecn4x cos d1x,. . . ,xâ1â1ecn4x cos d1x,ecn4x sin d1x,
xecn4x sin d1x, . . . , xâ1â1ecn4x sin d1x,
āđāļĨāļ°āļĄāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļ āļāļĨāļĢāļ§āļĄāđāļāļāđāļŠāļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļĨāļēāļ§āļāļ§āļāļĒāļēāļ 4.10. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ
y(5) â y(4) â yâē + y = 0 (4.38)āļ§āļāļāļģ āļŠāļĄāļāļēāļĢ (4.38) āļĄāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļāļāļ
Îŧ5 â Îŧ4 â Îŧ + 1 = (Îŧ + 1)(Îŧâ 1)2(Îŧ2 + 1) = 0
āļāļāļĄāļĢāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļ Îŧ = â1, 1 (āļĢāļēāļāļāļģ 2 āļĢāļēāļ), Âąi
āļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāđāļāļāļāļŠāļĢāļ°āđāļāļāđāļŠāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (4.38) āļāļeâx, ex, xex, cosx āđāļĨāļ° sinx
āđāļĨāļ°āđāļāļ§āļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ āļāļy(x) = c1e
âx + c2ex + c3xex + c4 cosx + c5 sinx,
āđāļĄāļ c1, . . . , c5 āđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļāđāļ āđāļāļ§āļāļĒāļēāļ 4.11. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ
y(8) â 32y(4) + 256y = 0 (4.39)āļ§āļāļāļģ āļŠāļĄāļāļēāļĢ (4.39) āļĄāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļāļāļ
Îŧ8 â 32Îŧ4 + 256 = (Îŧ2 â 4)2(Îŧ2 + 4)2 = (Îŧâ 2)2(Îŧ + 2)2(Îŧ2 + 4)2 = 0
āļāļāļĄāļĢāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļ Îŧ = â2, 2, â2i, 2i āļāļĢāļēāļāļāļāļģāļāļ āļĢāļēāļāļĨāļ° 2 āļāļĢāļāļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāđāļāļāļāļŠāļĢāļ°āđāļāļāđāļŠāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (4.39) āļāļ
eâ2x, xeâ2x, e2x, xe2x, cos 2x, x cos 2x, sin 2x āđāļĨāļ° x sin 2x
āđāļĨāļ°āđāļāļ§āļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ āļāļy(x) = (c1 + c2x)eâ2x + (c3 + c4x)e2x + (c5 + c6x) cos x + (c7 + c8x) sinx,
āđāļĄāļ c1, . . . , c8 āđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļāđāļ āđ
4.3. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļāļāļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§ 153
āđāļāļāļāļāļŦāļ1. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļ
(a) yâēâēâē â yâēâē â yâē + y = 0
(b) 2yâēâēâē â 4yâēâē â 2yâē + 4y = 0
(c) y(4) â 4yâēâēâē + 4yâēâē = 0
(d) y(4) + y = 0
(e) y(6) â 3y(4) + 3yâēâē â y = 0
(f) y(4) â 8yâē = 0
(g) yâēâēâē â 3yâēâē + 3yâē â y = 0
(h) y(4) + 2yâēâē + y = 0
(i) y(4) â 5yâēâē + 4y = 0
(j) y(4) â y = 0
(k) y(4) â yâēâē = 0
(l) 18yâēâēâē + 21yâēâē + 14yâē + 4y = 0
2. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļāļāļāđāļāļ(a) yâēâēâē + yâē = 0, y(0) = 0, yâē(0) = 1, yâēâē(0) = 2
(b) y(4) + y = 0, y(0) = 0, yâē(0) = 0, yâēâē(0) = â1, yâēâēâē(0) = 0
(c) y(4) â 4yâēâēâē + 4yâēâē = 0, y(1) = â1, yâē(1) = 2, yâēâē(1) = 0, yâēâēâē(1) = 0
(d) yâēâēâē â yâēâē + yâē â y = 0, y(0) = 2, yâē(0) = â1, yâēâē(0) = â2
(e) 4yâēâēâē + yâē + 5y = 0, y(0) = 2, yâē(0) = 1, yâēâē(0) = â1
(f) 6yâēâēâē + 5yâēâē + yâē = 0, y(0) = â2, yâē(0) = 2, yâēâē(0) = 0
(g) 2y(4) â yâēâēâē + 9yâēâē + 4yâē + 4y = 0,y(1) = â2, yâē(0) = 0, yâēâē(0) = â2, yâēâēâē(0) = 0
154 āļāļāļ 4. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļ
4.4 āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ4.4.1 āļāļĪāļĐāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļāļāļāļēāļĢāļāļēāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļ
an(x)dny
dxn+ anâ1(x)
dnâ1y
dxnâ1+ · · ·+ a1(x)
dy
dx+ a0(x)y = b(x) (4.40)
āļāļē yp(x) āđāļĨāļ° yp2(x) āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ (4.40) āļāļāļāļan(x)
dnyp
dxn+ anâ1(x)
dnâ1yp
dxnâ1+ · · ·+ a1(x)
dyp
dx+ a0(x)yp = b(x)
āđāļĨāļ°an(x)
dnyp2
dxn+ anâ1(x)
dnâ1yp2
dxnâ1+ · · ·+ a1(x)
dyp2
dx+ a0(x)yp2 = b(x)
āđāļŦy(x) = yp2(x)â yp(x)
āļāļāļ§āļēan(x)
dn
dxny + · · ·+ a1(x)
d
dxy + a0(x)y
= an(x)dn
dxn(yp2 â yp) + · · ·+ a1(x)
d
dx(yp2 â yp) + a0(x)(yp2 â yp)
=(
an(x)dnyp2
dxn+ anâ1(x)
dnâ1yp2
dxnâ1+ · · ·+ a1(x)
dyp2
dx+ a0(x)yp2
)
â(
an(x)dnyp
dxn+ anâ1(x)
dnâ1yp
dxnâ1+ · · ·+ a1(x)
dyp
dx+ a0(x)yp
)
= b(x)â b(x) = 0
āļāļāļāļ y = yp2 â yp āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļan(x)
dny
dxn+ anâ1(x)
dnâ1y
dxnâ1+ · · ·+ a1(x)
dy
dx+ a0(x)y = 0 (4.41)
āđāļāļĒāļāļĪāļĐāļāļāļ 4.4 āļāļģāđāļŦāđāļyp2(x)â yp(x) = c1y1(x) + · · ·+ cnyn(x)
āđāļĄāļ y1, . . . , yn āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāđāļāļāļāļŠāļĢāļ°āđāļāļāđāļŠāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļ (4.41) āđāļĨāļ° c1, . . . , cn āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ
4.4. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ 155
āļāļāļāļāļāļēāđāļĢāļēāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ° yp(x) āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļŦāļāļ āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ (4.40) āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ (4.40) āļāļ°āļāļĒāđāļāļĢāļ
y(x) = yh(x) + yp(x),
āđāļĄāļ yh(x) = c1y1(x) + · · ·+ cnyn(x) āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļ (4.41)āđāļĨāļ°āđāļĢāļĒāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (4.41) āļ§āļēāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ (4.40)
āļāļāļāļāļāļ§āļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ1. āļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļ yh āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļ2. āļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ° yp āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļŦāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ3. āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļāļāļ
y = yh + yp
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 4.12. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢy(4) + 4y = 4x (4.42)
āļ§āļāļāļģ āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (4.42) āļāļy(4) + 4y = 0 (4.43)
āļāļāļĄāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļ āļāļÎŧ4 + 4 = 0
āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļāļĄāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ Îŧ = 1 Âą i,â1 Âą i āļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļ (4.43) āļĄāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ
yh(x) = ex (c1 cosx + c2 sinx) + eâx (c3 cosx + c4 sinx)
āđāļĨāļ°āļāļāļ§āļē yp = x āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ°āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļŦāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ (4.42) āļāļāļāļ āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļ
y(x) = yh + yp = ex (c1 cosx + c2 sinx) + eâx (c3 cosx + c4 sinx) + x
156 āļāļāļ 4. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļ
āđāļĢāļēāļĄāļāļāļāļĪāļĐāļāļāļāļŦāļāļāļāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļģāļĄāļēāļāļ§āļĒāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāđāļĄāđāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļāļāļĪāļĐāļāļāļ 4.6 (āļŦāļĨāļāļāļēāļĢāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒ (superposition principle)). āļāļē yp1 āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāđāļĄāđāļāļāļāļāļ
an(x)dny
dxn+ anâ1(x)
dnâ1y
dxnâ1+ · · ·+ a1(x)
dy
dx+ a0(x)y = b1(x) (4.44)
āđāļĨāļ° yp2 āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāđāļĄāđāļāļāļāļāļan(x)
dny
dxn+ anâ1(x)
dnâ1y
dxnâ1+ · · ·+ a1(x)
dy
dx+ a0(x)y = b2(x) (4.45)
āđāļĨāļ§ c1yp1 + c2yp2 āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢan(x)
dny
dxn+ anâ1(x)
dnâ1y
dxnâ1+ · · ·+ a1(x)
dy
dx+ a0(x)y = c1b1(x) + c2b2(x), (4.46)
āđāļĄāļ c1 āđāļĨāļ° c2 āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āļāļŠāļāļ āđāļāļāļāļāļēāļ yp1 āđāļĨāļ° yp2 āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (4.44) āđāļĨāļ° (4.45) āļāļēāļĄāļĨāļģāļāļāļāļāļāļ
an(x)dn
dxn[c1yp1 + c2yp2 ] + · · ·+ a0(x) [c1yp1 + c2yp2 ]
= c1an(x)dnyp1
dxn+ c2an(x)
dnyp2
dxn+ · · ·+ c1a0(x)yp1 + c2a0(x)yp2
= c1
[an(x)
dnyp1
dxn+ · · ·+ a0(x)yp1
]+ c2
[an(x)
dnyp2
dxn+ · · ·+ a0(x)yp2
]
= c1b1(x) + c2b2(x)
āļāđāļŠāļāļāđāļŦāđāļŦāļāļ§āļē c1yp1 + c2yp2 āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢan(x)
dny
dxn+ anâ1(x)
dnâ1y
dxnâ1+ · · ·+ a1(x)
dy
dx+ a0(x)y = c1b1(x) + c2b2(x),
āļŠāļģāļŦāļĢāļāđāļāļĨāļ°āļāļēāļāļāļāļ§ c1 āđāļĨāļ° c2 2
4.4. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ 157
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 4.13. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢy(4) + 4y = 4x + 5 sinx (4.47)
āļ§āļāļāļģ āļāļēāļāļāļ§āļāļĒāļēāļ (4.13) āđāļĢāļēāļāļĢāļēāļāđāļĨāļ§āļ§āļē āļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ°āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļŦāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢy(4) + 4y = 4x
āļāļ yp1 = x āđāļĄāļāļāļāļēāļĢāļāļēāļŠāļĄāļāļēāļĢy(4) + 4y = sin x (4.48)
āļāļāļ§āļē yp2 =sinx
5āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ°āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļŦāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (4.48) āļāļāļāļ āđāļāļĒāļŦāļĨāļāļāļēāļĢāļāļāļāļāļ
āļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļģāđāļŦāđāļāļ§āļēyp = yp1 + 5yp2 = x + 5
sinx
5= x + sin x
āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢy(4) + 4y = x + 5 sinx
āđāļāļāļāļāļēāļāļāļĢāļēāļāđāļĨāļ§āļ§āļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (4.47) āļŦāļĢāļy(4) + 4y = 0
āļāļ yh(x) = ex (c1 cosx + c2 sinx) + eâx (c3 cosx + c4 sinx) āļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ(4.47) āļāļ
y = ex (c1 cosx + c2 sinx) + eâx (c3 cosx + c4 sinx) + x + sinx
158 āļāļāļ 4. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļ
āđāļāļāļāļāļŦāļ1. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļ āđāļĄāļāļāļģāļŦāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ° yp āļĄāļēāđāļŦ āđāļĨāļ°āļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļāļāļēāļĄāđāļāļāļāđāļāļāļāļāļāļāļāļģāļŦāļāļ(a) yâēâēâē + yâēâē + 3yâē â 5y = 2 + 6xâ 5x2 ;
yp = x2 ; y(0) = â1, yâē(0) = 1, yâēâē(0) = â3
(b) y(4) + 4y = 5 cos x ;
yp = cosx ; y(0) = 2, yâē(0) = 1, yâēâē(0) = â1, yâēâēâē(0) = â2
(c) yâēâēâē â 2yâēâē â yâē + 2y = e4x ;
yp =e4x
30; y(0) = 0, yâē(0) = 0, yâēâē(0) = 0
(d) yâēâēâē â yâēâē + yâē â y = eâx sinx ;
yp = âeâx cosx
5; y(0) = 1, yâē(0) = 1, yâēâē(0) = 0
(e) yâēâēâē + yâē = secx ;
yp = ln (secx + tanx)â x cosx + (sinx) ln(cosx) ;
y(0) = 2, yâē(0) = 1, yâēâē(0) = â2
(f) xyâēâēâē â yâēâē = â2 ;
yp = x2 ; y(1) = 2, yâē(1) = â1, yâēâē(1) = â4
āđāļāļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļĄāļĨāļāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļāļ {1, x, x3}
(g) x3yâēâēâē + xyâē â y = 3â lnx ;
yp = lnx ; y(1) = 3, yâē(1) = 3, yâēâē(1) = 0
āđāļāļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļĄāļĨāļāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļāļ {x, x lnx, x (lnx)2}
4.4. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ 159
āļāļĪāļĐāļāļāđāļāļāļĨāļēāļ§āļĄāļē āđāļŠāļāļāđāļŦāđāļŦāļāļ§āļē āļāļēāđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ°āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļŦāļāļ āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļāđāļ āđāļĢāļēāļāļāļ°āļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļāđāļāļŠāļģāļŦāļĢāļāļ§āļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ°āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļāļāļ°āļāļĨāļēāļ§āļāļāļ āļāļ°āđāļāļāļāļēāļĢāļāļĒāļēāļĒ
āđāļāļ§āļāļ§āļēāļĄāļāļ āļāļāļāļ§āļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ°āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļ āļāļāļāļāļ āļĢāļ°āđāļāļĒāļāļ§āļāđāļāļĒāļāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļ āđāļĨāļ° āļāļēāļĢāđāļāļĢāļāļāļāļāļāļāļ§āđāļāļĢāđāļŠāļĢāļĄ
4.4.2 āļĢāļ°āđāļāļĒāļāļ§āļāđāļāļĒāļāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāļāļāļēāļĢāļāļēāļŠāļĄāļāļēāļĢ
any(n) + anâ1y(nâ1) + · · ·+ a1y
âē + a0y = r(x) (4.49)
āļĢāļ°āđāļāļĒāļāļ§āļāđāļāļĒāļāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāļŠāļģāļŦāļĢāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļāļ°āļĄāļĢāļāđāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļāļĢāļ°āđāļāļĒāļāļ§āļāđāļāļĒāļāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāļŠāļģāļŦāļĢāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļ(āļŦāļ§āļāļ 3.8.1 āļŦāļāļē 101) āļāļāļāļâĒ āļĢāļ°āđāļāļĒāļāļ§āļāļāđāļāđāļāđāļāļāļēāļ°āļāļĢāļāđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļŠāļāđāļĄāđāļāļāļāļāļāļāļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļāļēāļāļ(an, . . . , a0 āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āļāļāļŦāļĄāļ)âĒ r(x) āļāļāļāđāļāļāđāļāļāļēāļĄāļāļēāļĢāļēāļ 4.1 āđāļāļēāļāļ
āļāļāļāļāļāļ§āļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ° yp āļŠāļģāļŦāļĢāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļāđāļāļĒāļĢāļ°āđāļāļĒāļāļ§āļāđāļāļĒāļāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļ
1. āļāļĢāļ§āļāļŠāļāļāļ§āļē r(x) āđāļāļāļŦāļāļāđāļāļĢāļāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļēāļāļāļāļēāļāļāļēāļĒāļāļāļāļāļēāļĢāļēāļ 4.1 āļŦāļĢāļāđāļĄ? āļāļēāđāļ āļāļ°āļāļģāđāļāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļēāđāļĄāđāļāđāļ r(x) āļāļĒāđāļāļĢāļ r1(x) + · · · + rm(x) āđāļāļĒāļ r1(x), . . . , rm(x) āļāļĒāđāļāļĢāļāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļēāļāļāļāļēāļāļāļēāļĒāļāļāļāļāļēāļĢāļēāļ 4.1 āđāļŦāđāļĒāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ°
yp1 āļāļēāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ any(n) + anâ1y(nâ1) + · · ·+ a1y
âē + a0y = r1(x),
yp2 āļāļēāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ any(n) + anâ1y(nâ1) + · · ·+ a1y
âē + a0y = r2(x),
...ypm āļāļēāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ any(n) + anâ1y
(nâ1) + · · ·+ a1yâē + a0y = rm(x),
160 āļāļāļ 4. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļ
r(x) āļāļē yp āļāļāļ°āļāļģāļŦāļāļāđāļŦāđāļāļaeÎŧx AeÎŧx
anxn + · · ·+ a1x + a0 Anxn + · · ·+ A1x + A0
(anxn + · · ·+ a1x + a0)eÎŧx (Anxn + · · ·+ A1x + A0)eÎŧx
a cos(Ïx) A cos(Ïx) + B sin(Ïx)
b sin(Ïx) A cos(Ïx) + B sin(Ïx)
a cos(Ïx) + b sin(Ïx) A cos(Ïx) + B sin(Ïx)
(anxn + · · ·+ a1x + a0) cos(Ïx) An(x) cos(Ïx) + Bn(x) sin(Ïx)
(anxn + · · ·+ a1x + a0) sin(Ïx) An(x) cos(Ïx) + Bn(x) sin(Ïx)
An(x) cos(Ïx) + Bn(x) sin(Ïx) An(x) cos(Ïx) + Bn(x) sin(Ïx)
a cos(Ïx)eÎŧx (A cos(Ïx) + B sin(Ïx)) eÎŧx
b sin(Ïx)eÎŧx (A cos(Ïx) + B sin(Ïx)) eÎŧx
[a cos(Ïx) + b sin(Ïx)] eÎŧx [A cos(Ïx) + B sin(Ïx)] eÎŧx
An(x) cos(Ïx)eÎŧx [An(x) cos(Ïx) + Bn(x) sin(Ïx)] eÎŧx
Bn(x) sin(Ïx)eÎŧx [An(x) cos(Ïx) + Bn(x) sin(Ïx)] eÎŧx
[An(x) cos(Ïx) + Bn(x) sin(Ïx)] eÎŧx [An(x) cos(Ïx) + Bn(x) sin(Ïx)] eÎŧx
āđāļĄāļ a, b āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§, A, B āđāļāļāļāļēāļāļāļ°āļŠāļĄāļĄāļāđāļŦāđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđāđāļĨāļ°An, Bn, An āđāļĨāļ° Bn āđāļāļāļāļŦāļāļēāļĄāļāļģāļĨāļ n āđāļāļĒāļ
An = anxn + · · ·+ a1x + a0,
Bn = bnxn + · · ·+ b1x + b0,
An = Anxn + · · ·+ A1x + A0,
Bn = Bnxn + · · ·+ B1x + B0,
ai, bi, Ai āđāļĨāļ° Bi āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļĄāļ i = 0, ..., n
āļāļēāļĢāļēāļāļ 4.1. āļāļēāļĢāļēāļāļĢāļ°āđāļāļĒāļāļ§āļāđāļāļĒāļāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļ
4.4. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ 161
āļāļĪāļĐāļāļāļāļŦāļĨāļāļāļēāļĢāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒ 4.6 āļĒāļāļĒāļāļ§āļē yp1 + · · ·+ ypm āļāļ°āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ°āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ
any(n) + anâ1y(nâ1) + · · ·+ a1y
âē + a0y = r1(x) + · · ·+ rm(x)
2. āļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļ yh āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļ
any(n) + anâ1y(nâ1) + · · ·+ a1y
âē + a0y = 0
3. āļāļāļēāļĢāļāļē r(x) āđāļĨāļ§āđāļĨāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒ yp āđāļŦāļāļĒāđāļāļĢāļāļāļēāļāļāļ§āļēāļāļāļāļāļēāļĢāļēāļ 4.1 āđāļâĒ āļāļē yp āđāļĄāļĄāļāļāļāļāļĄāļĢāļāđāļāļāļāļģāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļēāļāļāđāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļ yh āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļ āļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļ yp āđāļāđāļĨāļĒâĒ āļāļē yp āļĄāļāļāļāļāļĄāļĢāļāđāļāļāļāļģāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļēāļāļāđāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļ yh āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāđāļŦāđāļāļēāļāļē x āļāļāļāļ yp āļāđāļĨāļāļāļĄāļēâĒ āļāļē yp āđāļŦāļĄ āļāđāļāļāļēāļāļāļēāļĢāļāļāļāļ§āļĒ x āļĒāļāļĄāļāļāļāļāļĄāļĢāļāđāļāļāļāļģāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļēāļāļāđāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļ yh āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļ āđāļŦāđāļŦāđāļāļēāļāļē x āļāļāļāļģāđāļāđāļĢāļāļĒ āđ āļāļāļāļ§āļē yp āđāļŦāļĄāļāđāļ āđāļĄāļĄāļāļāļāļāļĄāļĢāļāđāļāļāļāļģāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļēāļāļāđāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļ yh āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļ
4. āđāļāļāļāļē yp āļĨāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ āđāļāļāđāļāļĒāļāļŦāļēāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļ
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 4.14. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļ
yâēâēâē â 3yâēâē + 3yâē â y = r(x) (4.50)
āđāļĄāļ r(x) āļĄāļāļēāđāļāļ1. 500 cos(3x) 2. 12ex 3. 30x2ex
āļ§āļāļāļģ āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (4.50) āļāļ
yâēâēâē â 3yâēâē + 3yâē â y = 0
āļāļāļĄāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļ āļāļ
Îŧ3 â 3Îŧ2 + 3Îŧ + 1 = (Îŧâ 1)3 = 0
162 āļāļāļ 4. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļ
āļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ
yh = c1ex + c2xex + c3x
2ex,
āđāļĄāļ c1, c2, c3 āđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļāđāļ āđ1. yâēâēâē â 3yâēâē + 3yâē â y = 500 cos(3x)
āđāļāļāļāļāļēāļ r(x) āļāļĒāđāļāļĢāļ a cos(Ïx) āđāļāļĒāļĄ Ï = 3 āļāļāļāļ āđāļĢāļēāļāļ°āļŠāļĄāļĄāļāđāļŦāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ°āļāļĒāđāļāļĢāļ
yp = A cos(3x) + B sin(3x)
āđāļāļāļāļē yp āļĨāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļģāđāļŦāđāļ
yâēâēâēp â 3yâēâēp + 3yâēp â yp = (26Aâ 18B) cos(3x) + (18A + 26B) sin(3x)
= 500 cos(3x) + 0 sin(3x)
āļāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļŠāļģāļŦāļĢāļāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļ A āđāļĨāļ° B āļāļ
26Aâ 18B = 500 (4.51)18A + 26B = 0 (4.52)
āđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (4.51) āđāļĨāļ° (4.52) āđāļ A = 13 āđāļĨāļ° B = â9 āļāļāļāļ āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ āļāļ
y = yh + yp = c1ex + c2xex + c3x
2ex + 13 cos(3x)â 9 sin(3x)
2. yâēâēâē â 3yâēâē + 3yâē â y = 12ex
āđāļāļāļāļāļēāļ r(x) āļāļĒāđāļāļĢāļ aeÎŧx āđāļāļĒāļĄ Îŧ = 1 āļāļāļāļ āđāļĢāļēāļāļ°āļŠāļĄāļĄāļāđāļŦāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ°āļāļĒāđāļāļĢāļ
yp = Aex
āđāļāđāļāļāļāļāļēāļāļĢāļāđāļāļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ° āļāļģāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļ āđāļĢāļēāļāļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ° yp āļāļ§āļĒ x āļāļāđāļyp = Axex āļāļāļāļĒāļāļĄāļĢāļāđāļāļāļāļģāļāļ āđāļĄāļāļāļāļāļ§āļĒ x āļāļāļāļĢāļāļŦāļāļāđāļ yp = Ax2ex āļĒāļāļāļāļĄāļĢāļāđāļāļāļāļģ āđāļĨāļ°āđāļĄāļāļāļāļāļ§āļĒ x āļāļāļāļĢāļ
yp = Ax3ex
4.4. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ 163
āļāļ°āđāļāļāļĢāļāđāļāļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ°āļāļāļ°āļāļģāļĄāļēāđāļāļāļāļēāļĨāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ āđāļāļāļŦāļēāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļyâēâēâēp â 3yâēâēp + 3yâēp â yp = (Aâ 3A + 3AâA)x3ex + (9Aâ 18A + 9A)x2ex
+(18Aâ 18A)xex + (6A)ex
= 6Aex = 12ex
āđāļĄāļāđāļāļĒāļāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļ āđāļ A = 2 āļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ āļāļy = c1e
x + c2xex + c3x2ex + 2x3ex
3. yâēâēâē â 3yâēâē + 3yâē â y = 30x2ex
āđāļāļāļĢāļāļ āđāļĢāļēāļāļ°āļŠāļĄāļĄāļāđāļŦāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ°āļāļĒāđāļāļĢāļyp = (A0 + A1x + A2x
2)ex
āđāļāđāļāļāļāļāļēāļ yp āļĄāļāļēāļāļāļāļāļāļģāļāļāļāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļ āđāļĢāļēāļāļģāđāļāļāļāļāļāļāļ x 3 āļāļĢāļ āđāļāļāđāļŦ yp āđāļĄāļĄāļāļāļāļāļģāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāđāļĨāļĒ āđāļĢāļēāđāļ yp
āđāļĨāļ°āļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŦāļāļ āļŠāļāļ āđāļĨāļ° āļŠāļēāļĄ āļāļāļ yp āļāļyp = (A0x
3 + A1x4 + A2x
5)ex
yâēp =[3A0x
2 + (A0 + 4A1)x3 + (A1 + 5A2)x4 + A2x5]ex
yâēâēp = [6A0x + (6A0 + 12A1)x2 + (A0 + 8A1 + 20A2)x3
+(A1 + 10A2)x4 + A2x5]ex
yâēâēâēp = [6A0 + (18A0 + 24A1)x + (9A0 + 36A1 + 60A2)x2
+(A0 + 12A1 + 60A2)x3 + (A1 + 15A2)x4 + A2x5]ex
āđāļĄāļāđāļāļāļāļē āļāļģāđāļŦāđāļyâēâēâēp â 3yâēâēp + 3yâēp â yp = (6A0 + 24A1x + 60A2x
2)ex
= 30x3ex
āđāļĄāļāđāļāļĒāļāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļ āđāļ A0 = 0, A1 = 0 āđāļĨāļ° A2 =12āļāļāļāļ āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ
āđāļĄāđāļāļāļāļāļ āļāļy = c1e
x + c2xex + c3x2ex +
x5ex
2
164 āļāļāļ 4. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļ
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 4.15. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļ
y(4) + 2yâēâē + y = r(x) (4.53)
āđāļĄāļ r(x) āļĄāļāļēāđāļāļ1. ex + 2x + 1 2. 2x + 1 + 3 sinx 3. 3 sinxâ 5 cos x
āļ§āļāļāļģ āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (4.53) āļāļ
y(4) + 2yâēâē + y = 0
āļāļāļĄāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļāļāļ
Îŧ4 + 2Îŧ2 + 1 = (Îŧ2 + 1)2 = 0
āđāļāļāļāļāļēāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļ āļĄāļĢāļēāļāļāļ Âąi āļāļģāļāļāļŠāļāļāļāļ āļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ
yh = c1 cosx + c2 sinx + c3x cosx + c4x sinx,
āđāļĄāļ c1, c2, c3 āđāļĨāļ° c4 āđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļāđāļ āđ1. y(4) + 2yâēâē + y = ex + 2x + 1
āļāļāļēāļĢāļāļē r(x) āđāļāļ r(x) = r1(x) + r2(x) āđāļĄāļ r1(x) = ex āđāļĨāļ° r2(x) = 2x + 1
(a) r1(x) = ex
āđāļāļāļĢāļāļ āđāļĢāļēāļāļ°āļŠāļĄāļĄāļāđāļŦyp1 = Aex
āđāļāļāļāļēāļĨāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļāļĒāļāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļ
y(4)p1
+ 2yâēâēp1+ yp1 = (A + 2A + A)ex
= 4Aex = ex
āđāļĄāļāđāļāļĒāļāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļ āđāļ A =14āđāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ°āļāļ
yp1 =ex
4
4.4. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ 165
(b) r2(x) = 2x + 1
āļŠāļĄāļĄāļāđāļŦyp2 = A1x + A2
āđāļāļāļāļēāļĨāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļy(4)
p2+ 2yâēâēp2
+ yp2 = 0 + 0 + (A1x + A2)
= A1x + A2 = 2x + 1
āđāļĄāļāđāļāļĒāļāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļ āđāļ A1 = 2 āđāļĨāļ° A2 = 1 āđāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ°āļāļyp2 = 2x + 1
āļāļāļāļ āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļŠāļģāļŦāļĢāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ āļāļy = c1 cosx + c2 sinx + c3x cosx + c4x sinx +
ex
4+ 2x + 1
2. y(4) + 2yâēâē + y = 2x + 1 + 3 sinx
āđāļāļāļĢāļāļ āđāļĢāļēāļāļāļ°āļāļāļēāļĢāļāļē r(x) āđāļāļ r(x) = r1(x) + r2(x) āđāļĄāļ r1(x) = 2x + 1 āđāļĨāļ°r2(x) = 3 sinx
āļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļĢāļy(4) + 2yâēâē + y = 2x + 1
āđāļĢāļēāļāļĢāļēāļāļāļēāļāļāļ§āļāļĒāļēāļāļāļāļēāļāļĄāļēāđāļĨāļ§āļ§āļē āļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļĄāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ°āļāļyp1 = 2x + 1
āļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļĢāļ r2(x) = 3 sinx āđāļĢāļēāļāļ°āļŠāļĄāļĄāļāđāļŦ yp2 āļāļĒāđāļāļĢāļ c1 cosx+ c2 sinx āđāļāđāļāļāļāļāļēāļ āļĄāļāļāļāļāļāļĄāļĢāļāđāļāļāļāļģāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļ āļāļāļāļ āđāļĢāļēāļāļ°āļāļ x āđāļāđāļĢāļāļĒ āđ āļāļāļĢāļāđāļāļāļāļāļ yp2 āđāļĄāļĄāļāļāļāļāļģāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļ āļāļģāđāļŦāđāļ
yp2 = Ax2 cosx + Bx2 sinx
āļŦāļēāļāļāļāļāļ āđāļyâēâēp2
= (2A + 4BxâAx2) cos x + (2B â 4AxâBx2) sin x
y(4)p2
= (â12Aâ 8Bx + Ax2) cos x + (â12B + 8Ax + Bx2) sin x
166 āļāļāļ 4. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļ
āđāļĄāļāļāļģāđāļāđāļāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ āļāļģāđāļŦāđāļâ8A cosxâ 8B sinx = 3 sinx
āđāļĄāļāđāļāļĒāļāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļ āđāļ A = 0 āđāļĨāļ° B = â38
āļāļģāđāļ yp2 = â38
sinx āđāļĨāļ°āđāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ āļāļy = c1 cosx + c2 sinx + c3x cosx + c4x sinx + 2x + 1â 3
8x2 sinx
3. y(4) + 2yâēâē + y = 3 sinxâ 5 cos x
āđāļāļāļĢāļāļ āļāļ°āļŠāļĄāļĄāļāđāļŦ yp āļĄāļĢāļāđāļāļyp = Ax2 cosx + Bx2 sinx
āļāļāđāļĄāļāļāļģāđāļāđāļāļāļāļēāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļāļĒāļāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļ āļāļģāđāļŦāđāļâ8A cosxâ 8B sinx = 3 sinxâ 5 cos x
āđāļĄāļāđāļāļĒāļāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļ āđāļ A =58āđāļĨāļ° B = â3
8
āđāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ āļāļy = c1 cosx + c2 sinx + c3x cosx + c4x sinx +
58x2 cosxâ 3
8x2 sinx
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 4.16. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļyâēâēâē â 4yâē = x + 10 cosx + eâ2x (4.54)
āļ§āļāļāļģ āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļāļyâēâēâē â 4yâē = 0
āđāļĨāļ°āļĄāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļÎŧ3 â 4Îŧ = Îŧ(Îŧâ 2)(Îŧ + 2) = 0
āļĢāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļ Îŧ = 0, 2,â2 āļāļāļāļ āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļyh = c1 + c2e
2x + c3eâ2x
4.4. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ 167
āđāļĄāļ c1, c2, c3 āđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļāđāļ āđāđāļĄāļ r(x) = x + 10 cosx + eâ2x āđāļĢāļēāļāļ°āļāļāļēāļĢāļāļēāđāļāļ r(x) = r1(x) + r2(x) + r3(x) āđāļĄāļ
r1(x) = x
r2(x) = 10 cosx
r3(x) = eâ2x
1. r1(x) = x
āđāļāļāļĢāļāļ āļāļ°āļŠāļĄāļĄāļāđāļŦāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ°āļāļĒāđāļāļĢāļyp1 = A1x + A0
āđāļ āļāļāļ A0 āļāļāđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§ āļĄāļĢāļāđāļāļāļāļģāļāļāļāļāļāļāļ c1 āļāļāđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļ āļāļāļāļāļ x āđāļāļēāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ° āđāļāļāđāļŦāđāļāļĢāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ°āđāļŦāļĄāđāļāļ
yp1 = x(A1x + A0) = A1x2 + A0x
āđāļāļāļāļēāđāļāļāđāļāļĒāļāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļyâēâēâēp1
â 4yâēp1= 0â 4(2A0x + A1)
= â8A0xâ 4A1 = x
āđāļ A0 = â18āđāļĨāļ° A1 = 0 āļāļāļāļ
yp1 = âx2
8
2. r2(x) = 10 cosx
āđāļĢāļēāļāļ°āļŠāļĄāļĄāļāđāļŦāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ°āļāļĒāđāļāļĢāļyp2 = A cosx + B sinx
āđāļāļāļāļēāđāļāļāđāļāļĒāļāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļyâēâēâēp2
â 4yâēp2= (âB cosx + A sinx)â 4(B cosxâA sinx)
= â5B cosx + 5A sinx
= 10 cosx
168 āļāļāļ 4. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļ
āđāļ A = 0 āđāļĨāļ° B = â2 āļāļāļāļyp2 = â2 sin x
3. r3 = eâ2x āđāļĢāļēāļāļ°āļŠāļĄāļĄāļāđāļŦāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ°āļāļĒāđāļāļĢāļyp3 = Ceâ2xāđāļāđāļāļāļāļāļēāļāļĄāļĢāļāđāļāļāļāļģāļāļāļāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļ āļāļāļāļāđāļĢāļēāļāļ°āļŠāļĄāļĄāļāđāļŦāļĄāđāļŦāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ°āļāļĒāđāļāļĢāļ
yp3 = Cxeâ2x
āđāļĄāļāđāļāļāļāļēāđāļāļāđāļāļĒāļāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļyâēâēâēp3
â 4yâēp3= (12ceâ2x â 8cxeâ2x)â 4(ceâ2x â 2cxeâ2x)
= 8Ceâ2x = eâ2x
āđāļ C =18āđāļĨāļ°āđāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ°āļāļ
yp3 =xeâ2x
8
āđāļĢāļēāđāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļāļāļy = c1 + c2e
2x + c3eâ2x â x2
8â 3
5sinx +
xeâ2x
8
4.4. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ 169
āđāļāļāļāļāļŦāļ1. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļ
(a) yâēâēâē â yâēâē â yâē + y = 2eâx + 3
(b) yâēâēâē + yâēâē + yâē + y = eâx + 4x
(c) y(4) â 4yâēâē = x2 + ex
(d) y(4) + yâēâēâē = x
(e) yâēâēâē â 2yâēâē â 5yâē + 6y = ex + x2
(f) yâēâēâē + 3yâēâē â 4y = eâ2x
(g) y(4) â y = 3x + cosx
(h) yâēâēâē â yâē = 2 sin x
(i) y(4) + 2yâēâē + y = 3 + cos(2x)
(j) y(4) + yâēâēâē = sin(2x)
(k) yâēâēâē + 2yâēâē â yâē â 2y = ex â 1
(l) yâēâēâē + yâēâē â 2y = xex + 1
(m) yâēâēâē + 4yâēâē + yâē â 26y = eâ3x sin(2x) + x
(n) y(4) + 2yâēâēâē + 2yâēâē = 3ex + 2xeâx + eâx sinx
2. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļāļāļāđāļāļ
(a) yâēâēâē + 4yâē = x; y(0) = yâē(0) = 0, yâēâē(0) = 1
(b) y(4) + 2yâēâē + y = 4x + 4; y(0) = yâē(0) = 0, yâēâē(0) = yâēâēâē(0) = 1
(c) yâēâēâē â 3yâēâē + 2yâē = x + ex; y(0) = 1, yâē(0) = â14 , yâēâē(0) = â3
2
(d) yâēâēâē â 2yâēâē + 5yâē = â24e3x; y(0) = 4, yâē(0) = â1, yâēâē(0) = â5
(e) yâēâēâē â 2yâēâē â 3yâē + 10y = 34xeâ2x â 16eâ2x â 10x2 + 6x + 34;
y(0) = 3, yâē(0) = 0, yâēâē(0) = 0
(f) yâēâēâē + 2yâēâē â 9yâē â 18y = â18x2 â 18x + 22;
y(0) = â2, yâē(0) = â8, yâēâē(0) = â12
(g) y(4) + 2yâēâēâē + yâēâē + 8yâē â 12y = 12 sinxâ eâx;
y(0) = 3, yâē(0) = 0, yâēâē(0) = â1, yâēâēâē(0) = 2
170 āļāļāļ 4. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļ
4.4.3 āļāļēāļĢāđāļāļĢāļāļāļāļāļāļāļ§āđāļāļĢāđāļŠāļĢāļĄāļāļāļēāļĢāļāļēāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļāđāļĄāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļ n
an(x)dny
dxn+ anâ1(x)
dnâ1y
dxnâ1+ · · ·+ a1(x)
dy
dx+ a0(x)y = b(x) (4.55)
āđāļāļāļāļāļ§āļĒ āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļ
an(x)dny
dxn+ anâ1(x)
dnâ1y
dxnâ1+ · · ·+ a1(x)
dy
dx+ a0(x)y = 0
āļāļyh = c1y1(x) + c2y2(x) + · · ·+ cnyn(x),
āđāļĄāļ c1, . . . , cn āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ āđāļĨāļ° {y1(x), . . . , yn(x)} āđāļāļāđāļāļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļĄāļĨāļāļēāļ āđāļāļĒāļāļāļāļāļāļ§āļāļāļāļāļāļēāļĢāđāļāļĢāļāļāļāļāļāļāļ§āđāļāļĢāđāļŠāļĢāļĄ āļāļ°āļŠāļĄāļĄāļāđāļŦāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ°āļāļĒāđāļāļĢāļ
yp = u1(x)y1(x) + u2(x)y2(x) + · · ·+ un(x)yn(x),
āđāļĄāļ u1(x), . . . , un(x) āđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļ x āļāļāļĒāļāđāļĄāļāļĢāļēāļāļāļē āđāļĨāļ°āđāļĄāđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āļāļāļ§āļēāļāļāļāļāļāļāļāļ yp āļāļ
yâēp =(u1y
âē1 + · · ·+ unyâēn
)+
(uâē1y1 + · · ·+ uâēnyn
) (4.56)
āđāļāļāļŦāļĨāļāđāļĨāļĒāļāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāđāļĄāļāļĢāļēāļāļāļē u1, . . . , un āđāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ° yp āđāļĢāļēāļāļ°āļŠāļĄāļĄāļāđāļŦ
uâē1y1 + · · ·+ uâēnyn = 0
āđāļĨāļ°āđāļāļāļģāļāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļģāļāļ§āļāļŦāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ°yâēâēp , yâēâēâēp , . . . , y(nâ1)p
āđāļāļĒāđāļŦāđāļāļāļāđāļ
uâē1y1 + · · ·+ uâēnyn = 0,
uâē1yâē1 + · · ·+ uâēnyâēn = 0,
...uâē1y
(nâ2)1 + · · ·+ uâēny(nâ2)
n = 0
4.4. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ 171
āļāļāļāļāđāļĢāļēāđāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ° āđāļĨāļ°āļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļēāļ āđ āļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ° āļāļyp = u1y1 + · · ·+ unyn
yâēp = u1yâē1 + · · ·+ unyâēn...
y(nâ1)p = u1y
(nâ1)1 + · · ·+ uny
(nâ1)n
y(n)p =
(u1y
(n)1 + · · ·+ uny
(n)n
)+
(uâē1y
(nâ1)1 + · · ·+ uâēny
(nâ1)n
)
(4.57)
āđāļāļāļāļāļ§āļĒy1, . . . , yn āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļāļāļāļāđāļĄāļāđāļāļāļāļēyp, yâēp, . . . , y
(n)p
āļĨāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ (4.55) āļāļģāđāļŦāđāļan(x)
(uâē1y
(nâ1)1 + · · ·+ uâēny(nâ1)
n
)= b(x)
āļāļāļāļāđāļĢāļēāđāļāļĢāļ°āļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļŠāļ āļāļāļāļĢāļ°āļāļāļāļāļ§āļĒ n āļŠāļĄāļāļēāļĢuâē1y1 + · · ·+ uâēnyn = 0,
uâē1yâē1 + · · ·+ uâēnyâēn = 0,
...uâē1y
(nâ2)1 + · · ·+ uâēny
(nâ2)n = 0
uâē1y(nâ1)1 + · · ·+ uâēny
(nâ1)n =
b(x)an(x)
(4.58)
āļāļāļāļēāļāļāļ°āļāļāļēāļĢāļāļēāđāļāļĢāļāđāļĄāļāļĢāļāļāđāļāļāļ
y1 y2 · · · yn
yâē1 yâē2 · · · yâēn... ... . . . ...y
(nâ2)1 y
(nâ2)2 · · · y
(nâ2)n
y(nâ1)1 y
(nâ1)2 · · · y
(nâ1)n
uâē1
uâē2...uâēnâ1
uâēn
=
0
0...0
b(x)an(x)
āđāļĢāļēāđāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļĢāļ°āļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (4.58) āļāļuâēk(x) =
r(x)Wk(x)W [y1, . . . , yn](x)
, k = 1, . . . , n, (4.59)
āđāļĄāļ r(x) =b(x)an(x),W [y1, . . . , yn](x) āļāļ āļĢāļāļāļŠāđāļāļĒāļ8āļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒ y1, . . . , yn
8 āļāļāļĒāļēāļĄāļāļāļāļĢāļāļāļŠāđāļāļĒāļāļŦāļāļē 140
172 āļāļāļ 4. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļ
āđāļĨāļ°Wk(x) āļāļāļāđāļāļāļĢāļĄāđāļāļāļāļāļāļāđāļĄāļāļĢāļāļ
y1 y2 · · · yn
yâē1 yâē2 · · · yâēn... ... . . . ...y
(nâ2)1 y
(nâ2)2 · · · y
(nâ2)n
y(nâ1)1 y
(nâ1)2 · · · y
(nâ1)n
āļāļāļāļāđāļāļāļŠāļāļĄāļ (column) āļ k āļāļ§āļĒāđāļ§āļāđāļāļāļĢ
0
0...0
1
āļŦāļĢāļāļāļāļāļ
Wk(x) =
âĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢ
y1 · · · ykâ1 0 yk+1 · · · yn
yâē1 · · · yâēkâ1 0 yâēk+1 · · · yâēn... . . . ... ... ... . . . ...y
(nâ2)1 · · · y
(nâ2)kâ1 0 y
(nâ2)k+1 · · · y
(nâ2)n
y(nâ1)1 · · · y
(nâ1)kâ1 1 y
(nâ1)k+1 · · · y
(nâ1)n
âĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢ
uk(x) =âŦ
r(x)Wk(x)W [y1, . . . , yn](x)
dx, k = 1, . . . , n, (4.60)āļāļāļāļģāđāļŦāđāļāļāļĨāđāļāļāļēāļ° yp āļāļ
yp =nâ
k=1
yk(x)âŦ
r(x)Wk(x)W [y1, . . . , yn](x)
dx,
āđāļĄāļ r(x) =b(x)an(x)
āļŦāļĄāļēāļĒāđāļŦāļāđāļāļĒāļāļĪāļĐāļāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļēāļāđāļāļāļĢāļĄāđāļāļāļāļāļāļāđāļĄāļāļĢāļāļāđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļŠāļāļāđāļŦāđāļŦāļāđāļāļ§āļēWk(x) = (â1)nâkW [y1, . . . , ykâ1, yk+1, . . . , yn]
= (â1)nâk
âĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢ
y1 · · · ykâ1 yk+1 · · · yn
yâē1 · · · yâēkâ1 yâēk+1 · · · yâēn... . . . ... ... . . . ...y
(nâ2)1 · · · y
(nâ2)kâ1 y
(nâ2)k+1 · · · y
(nâ2)n
âĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢ
4.4. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ 173
āļāļāļāļāļāļ§āļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļĒāļ§āļāļāļēāļĢāđāļāļĢāļāļāļāļāļāļāļ§āđāļāļĢāđāļŠāļĢāļĄ1. āļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļ yh āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļ
yh = c1y1 + · · ·+ cnyn,
āđāļĄāļ c1, . . . , cn āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ2. āļŠāļĄāļĄāļāđāļŦāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ°āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļāļĄāļāļēāđāļāļ
yp = u1(x)y1 + · · ·+ un(x)yn
3. āļŦāļēāļāļēW [y1, . . . , yn](x) āđāļĨāļ°W1(x), . . . ,Wn(x)
4. āļŦāļēāļāļē uk(x), āđāļĄāļuk(x) =
âŦr(x)Wk(x)
W [y1, . . . , yn](x)dx, k = 1, . . . , n,
āđāļĄāļ r(x) =b(x)an(x)
5. āđāļāļāļāļē u1(x), . . . , un(x) āļāđāļāļĨāļāđāļ yp
6. āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ (4.55) āļāļy = c1y1 + · · ·+ cnyn + u1y1 + · · ·+ unyn
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 4.17. āļāļāđāļāļ§āļāļāļēāļĢāđāļāļĢāļāļāļāļāļāļāļ§āđāļāļĢāđāļŠāļĢāļĄāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢyâēâēâē â 4yâē = e2x (4.61)
āļ§āļāļāļģ1. āļāļēāļāļāļ§āļāļĒāļēāļ 4.16 āļāļāļ§āļē āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļ
yâēâēâē â 4yâē = 0
āļāļyh = c1 + c2e
2x + c3eâ2x,
āđāļĄāļ c1, c2, c3 āđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļāđāļ āđ āļāļāļāļy1 = 1, y2 = e2x āđāļĨāļ° y3 = eâ2x
174 āļāļāļ 4. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļ
2. āļŠāļĄāļĄāļāđāļŦāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ°āļāļĒāđāļāļĢāļyp = u1(x) + u2(x)e2x + u3(x)eâ2x
3. āļŦāļēāļāļēW [1, e2x, eâ2x](x) āđāļĨāļ°W1(x),W2(x), W3(x)
W [1, e2x, eâ2x](x) =
âĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢ
1 e2x eâ2x
0 2e2x â2eâ2x
0 42x 4eâ2x
âĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢ
= 16
W1(x) =
âĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢ
0 e2x eâ2x
0 2e2x â2eâ2x
1 42x 4eâ2x
âĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢ
= (â1)(3â1)
âĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢ
e2x eâ2x
2e2x â2eâ2x
âĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢ= â4
W2(x) =
âĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢ
1 0 eâ2x
0 0 â2eâ2x
0 1 4eâ2x
âĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢ
= (â1)(3â2)
âĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢ
1 eâ2x
0 â2eâ2x
âĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢ= 2eâ2x
W3(x) =
âĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢ
1 e2x 0
0 2e2x 0
0 42x 1
âĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢ
= (â1)(3â3)
âĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢ
1 e2x
0 2e2x
âĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢ= 2e2x
4. āļŦāļēāļāļē u1, u2 āđāļĨāļ° u3
u1 =âŦ (
e2x
1
)(â4)
16dx = âe2x
8
u2 =âŦ (
e2x
1
)(2eâ2x)
16dx =
x
8
u3 =âŦ (
e2x
1
)(2e2x)
16dx =
e4x
32
5. āđāļāļāļāļē u1, u2 āđāļĨāļ° u3 āđāļyp = âe2x
8+
x
8e2x +
e4x
32eâ2x
= âe2x
8+
xe2x
8+
e2x
32
= â3e2x
32+
xe2x
8
4.4. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ 175
6. āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (4.61) āļāļ
y = c1 + c2e2x + c3e
â2x +e2x
24+
xe2x
8
= c1 + c2e2x + c3e
â2x +xe2x
8,
āđāļĄāļ c2 = c2 +124
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 4.18. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ
x3yâēâēâē + x2yâēâē â 2xyâē + 2y = x3 sinx, x > 0 (4.62)
āđāļĄāļ {x, xâ1, x2} āđāļāļāđāļāļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļĄāļĨāļāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļ§āļāļāļģ
1. āđāļĄāļāđāļĢāļēāļāļĢāļēāļāđāļāļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļĄāļĨāļāļēāļāđāļĨāļ§ āļāļģāđāļŦāđāļĢāļēāļāļĢāļēāļāļ§āļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļāļ
yh = c1x + c2xâ1 + c3x
2,
āđāļĄāļ c1, c2, c3 āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ
2. āļŠāļĄāļĄāļāđāļŦāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ°āļāļĒāđāļāļĢāļ
yp = u1(x)x + u2(x)xâ1 + u3(x)x2
176 āļāļāļ 4. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļ
3. āļŦāļēāļāļēW [x, xâ1, x2](x) āđāļĨāļ°W1(x),W2(x),W3(x)
W [x, xâ1, x2](x) =
âĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢ
x xâ1 x2
1 âxâ2 2x
0 2xâ3 2
âĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢ
= â6x
W1(x) =
âĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢ
0 xâ1 x2
0 âxâ2 2x
1 2xâ3 2
âĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢ
= (â1)(3â1)
âĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢ
xâ1 x2
âxâ2 2x
âĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢ= 3
W2(x) =
âĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢ
x 0 x2
1 0 2x
0 1 21
0
âĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢ
= (â1)(3â2)
âĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢ
x x2
1 2x10
âĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢ= âx2
W3(x) =
âĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢ
x xâ1 0
1 âxâ2 0
0 2xâ3 1
âĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢ
= (â1)(3â3)
âĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢ
x xâ1
1 âxâ2
âĢâĢâĢâĢâĢâĢâĢ= â2
x
4. āļŦāļēāļāļē u1, u2 āđāļĨāļ° u3
u1 =âŦ (
x3 sin xx3
)(3)
â6xâ1dx =
x cosxâ sinx
2
u2 =âŦ (
x3 sin xx3
)(âx2)
â6xâ1dx =
(xâ x3
6
)cosx +
(x2
2â 1
)sinx
u3 =âŦ (
x3 sin xx3
)(â2xâ1)
â6xâ1dx = âcosx
3
5. āđāļāļāļāļē u1, u2 āđāļĨāļ° u3 āđāļyp =
x cosxâ sinx
2x +
((xâ x3
6
)cosx +
(x2
2â 1
)sinx
)xâ1 â cosx
3x2
= cosxâ xâ1 sinx
6. āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (4.62) āļāļy = c1x + c2x
â1 + c3x2 + cos xâ xâ1 sinx
4.4. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ 177
āđāļāļāļāļāļŦāļ1. āļāļāđāļāļ§āļāļāļēāļĢāđāļāļĢāļāļāļāļāļāļāļ§āđāļāļĢāđāļŠāļĢāļĄ āļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļ
(a) yâēâēâē + yâē = tanx, 0 < x < Ï/2
(b) yâēâēâē + yâē = secx, âÏ/2 < x < Ï/2
(c) yâēâēâē â yâē = cscx, 0 < x < Ï
(d) yâēâēâē + yâē = secx tanx, 0 < x < Ï/2
(e) yâēâēâē â yâēâē + yâē â y = sec x, âÏ/2 < x < Ï/2
(f) x3yâēâēâē â 3x2yâēâē + 6xyâē â 6y = xâ1, x > 0
āđāļĄāļāđāļāļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļĄāļĨāļāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļāļ {x, x2, x3}
(g) x3yâēâēâē â 2x2yâēâē + 3xyâē â 3y = x2, x > 0
āđāļĄāļāđāļāļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļĄāļĨāļāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļāļ {x, x lnx, x3}
(h) x3yâēâēâē â x2yâēâē â 4xyâē + 4y = x, x > 0
āđāļĄāļāđāļāļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļĄāļĨāļāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļāļ {x, xâ1, x4}
(i) x3yâēâēâē + x2yâēâē â 2xyâē + 2y = 2x4, x > 0
āđāļĄāļāđāļāļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļĄāļĨāļāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļāļ {x, xâ1, x2}
(j) x3yâēâēâē â 3xyâē + 3y = x4 cosx, x > 0
āđāļĄāļāđāļāļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļĄāļĨāļāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļāļ {x, xâ1, x3}
āļāļāļ 5āļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļ
āļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļ (Laplace transform) āđāļāļāļ§āļāļāļēāļĢāļŦāļāļāļāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļ§āļāļ§āļēāļĄāļāļāļāļāļāļāļēāļĢāļāļĢāļ°āļĒāļāļāđāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāđāļāļāđāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļâāđāļĢāļēāļāļ°āđāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļ āđāļāļĨāļāļāļēāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ āđāļāļēāļŠāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļŦāļāļēāļĄ āđāļĨāļ°āļŦāļĨāļāļāļēāļāļāļāļĢāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļāļāļēāļĄāđāļāļĒāđāļāļ§āļāļāļēāļāļāļāļāļāļ āļāļāļ°āđāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļ āđāļāļĨāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļāļāļēāļĄāļāļĨāļāđāļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļâ āđāļāļāļāļāļāļ°āļāļĨāļēāļ§āļāļ āļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļ āļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļ āđāļĨāļ° āļāļēāļĢāļāļĢāļ°āļĒāļāļāđāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāđāļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļ
5.1 āļāļāļāļĒāļēāļĄ āļŠāļāļĨāļāļĐāļ āđāļĨāļ° āļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļāļēāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļ āļāļ°āļāļĨāļēāļ§āļāļāļāļāļāļĒāļēāļĄāđāļĨāļ°āļŠāļāļĨāļāļĐāļāļāļāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļĢāļāļĄāļāļāđāļŠāļāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļ
āļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļĒāļēāļĄ 5.1. āđāļŦ f(x) āđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļĒāļēāļĄāļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļ āđ x âĨ 0 āļāļē
âŦ â
0f(x)eâsxdx āļŦāļēāļāļēāđāļāđāļĢāļē
āđāļĢāļĒāļāļāļāļāļāļF (s) =
âŦ â
0f(x)eâsxdx
(āļāļāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļ§āđāļāļĢ s) āļ§āļē āļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļ f āđāļĨāļ°āļāļ°āđāļāļŠāļāļĨāļāļĐāļ L {f}
āđāļāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļ f āļŦāļĢāļāļāļāļF (s) = L {f} =
âŦ â
0f(x)eâsxdx
āļŠāļāđāļāļāđāļāļ§āļē āļāļāļāļāļ f āđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļ§āđāļāļĢāļāļŠāļĢāļ° x āđāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļ f āđāļĢāļēāđāļāļāļāļāļāļ F āļāļāļāļāļāļāļ§āđāļāļĢ sāđāļĨāļ° āđāļĢāļēāđāļĢāļĒāļāļāļāļāļāļ f(x) āļ§āļēāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļ (inverse Laplace transform) āļāļāļ
āļāļāļāļāļ F (s) āļāļāļāļ°āđāļāļĒāļāđāļāļāļāļ§āļĒf(x) = L â1{F}
179
180 āļāļāļ 5. āļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļ
āļŦāļĄāļēāļĒāđāļŦāļāļāļāđāļāļāļāļ°āđāļāļŠāļāļĨāļāļĐāļāļāļāļĐāļĢāļ āļēāļĐāļēāļāļāļāļĪāļĐāļāļ§āđāļĨāļāđāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļ°āđāļāļāļāļĐāļĢāļ āļēāļĐāļēāļāļāļāļĪāļĐāļāļ§āđāļŦāļ āđāļāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļ āđāļāļ F (s) āļāļ°āļŦāļĄāļēāļĒāļāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļ f(x), Y (s) āļāļ°āļŦāļĄāļēāļĒāļāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļ y(x) āđāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļ°āđāļŠāļāļāđāļŦāđāļŦāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļāļēāļāļāļāļāļāļ āđāļāļĒāđāļāļāļāļāļĒāļēāļĄâĒ āļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļ f(x) = 1 āđāļāļāļāļāļēāļ
L {1} =âŦ â
01 · eâsxdx = âeâsx
s
âĢâĢâĢâ
0=
1sāļāļē s > 0
â āļāļē s âĪ 0
āļāļāļāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļ 1 āļāļ
F (s) = L {1} =1s, āđāļĄāļ s > 0 (5.1)
âĒ āļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļ f(x) = x
L {x} =âŦ â
0xeâsxdx
āđāļāļĒāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļāļĢāļĨāļāļĨāļ°āļŠāļ§āļ (integration by parts)
L {x} = x
(âeâsx
s
)â
0
ââŦ â
0
(âeâsx
s
)dx
=[âxeâsx
sâ eâsx
s2
]â
0
= limxââ
(âxeâsx
sâ eâsx
s2
)â
(â0â 1
s2
)
āđāļĨāļ°āļāļāļ§āļē limxââ
(âxeâsx
sâ eâsx
s2
)=
0, s > 0
â, s < 0
āļāļāļāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļ x āļāļ
F (s) = L {x} =1s2
, āđāļĄāļ s > 0 (5.2)
âĒ āļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļ f(x) = x2
L {x2} =âŦ â
0x2eâsxdx = â1
seâsxx2
âĢâĢâĢâ
0+
2s
âŦ â
0xeâsxdx
5.1. āļāļāļāļĒāļēāļĄ āļŠāļāļĨāļāļĐāļ āđāļĨāļ° āļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļāļēāļāļāļāļāļāļ 181
āļāļāļ§āļēlim
xââ
(â1
seâsxx2
)=
0, s > 0
â, s < 0
āļāļāļāļF (s) = L {x2} =
2s
âŦ â
0xeâsxdx
=(
2s
)(1s
)
=2s2
, āđāļĄāļ s > 0 (5.3)
âĒ āļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļ f(x) = xn, n = 1, 2, 3, . . .
āđāļāļĒāļāļāļāļĒāđāļāļāļāļāļāļĻāļēāļŠāļāļĢ āļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļŠāļāļāđāļāļ§āļēF (s) = L {xn} =
âŦ â
0xneâsxdx =
n!sn+1
āđāļĄāļ s > 0 (5.4)
āđāļāļĒāļ n! = n(nâ 1)(nâ 2) · · · 2 · 1
âĒ āļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļ f(x) = eax, āđāļĄāļ a āđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļ eax āļāļ
L {eax} =âŦ â
0eaxeâsxdx =
âŦ â
0eâ(sâa)xdx
=1
sâ a, āđāļĄāļ s > a
āļāļāđāļāļ§āļēF (s) = L {eax} =
1sâ a
(5.5)
182 āļāļāļ 5. āļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļ
âĒ āļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļ f(x) = sin ax, āđāļĄāļ a āđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļL {sin ax} =
âŦ â
0(sin ax)eâsxdx
āđāļāļĒāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļāļĢāļĨāļāļĨāļ°āļŠāļ§āļ 2 āļāļĢāļ āđāļĢāļēāļāļāļ§āļēâŦ
(sin ax)eâsxdx = â eâsx
s2 + a2(s sin ax + a cos ax) + C,
āđāļĄāļ C āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ, āļāļāļāļL {sin ax} =
[â eâsx
s2 + a2(s sin ax + a cos ax)
]â
0
= limxââ
[â eâsx
s2 + a2(s sin ax + a cos ax)
]+
a
s2 + a2
āđāļĨāļ°āļāļāļ§āļēlim
xââ
[â eâsx
s2 + a2(s sin ax + a cos ax)
]= 0 āđāļĄāļ s > 0
āļāļāļāļF (s) = L {sin ax} =
a
s2 + a2āđāļĄāļ s > 0 (5.6)
âĒ āļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļ f(x) = cos ax, āđāļĄāļ a āđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļāđāļāļĒāļāļģāļāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļ sin ax āđāļĢāļēāđāļāļ§āļē
F (s) = L {cos ax} =s
s2 + a2(5.7)
āļŦāļĄāļēāļĒāđāļŦāļ āđāļĄāļāļģāđāļāļāļ§āļēāļāļāļāļāļāļāļ āļāļ°āļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļŦāļēāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāđāļ āļāļ§āļāļĒāļēāļāđāļāļ āļāļāļāļāļ f(x) =
ex2 āļāļāļ§āļēāđāļĢāļēāđāļĄāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļŦāļēāļāļēâŦ â
0ex2
eâsxdx āđāļ āđāļāļāļāļāļēāļ ex2eâsx āđāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļĄāđāļĄāļ x âĨ s
2
āļāļāļāļāļāļēāļāļāļāļāļĢāļĨâŦ â
0ex2
eâsxdx āļāļ°āļĨāļāļāļāļŠāļāļēāļāļāļāļ
āđāļāļāļāļāļŦāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļ
1. x3
2. x10
3. âx
4. âx3
3. sinhx
4. coshx
(āļāļāļģāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļŦāļāļāļŦāļāļē ??)
5.2. āļāļāļŠāļĄāļāļāļāļāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļ 183
f(x) F (s) = L {f}
11s, s > 0
x1s2, s > 0
xn, n = 1, 2, 3, . . .n!
sn+1, s > 0
eax 1sâ a, s > a
sin axa
s2 + a2, s > 0
cos axs
s2 + a2, s > 0
āļāļēāļĢāļēāļāļ 5.1. āļāļēāļĢāļēāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļĒāļēāļāļĒāļ
5.2 āļāļāļŠāļĄāļāļāļāļāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāđāļāļŠāļ§āļāļāļāļ°āđāļŠāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļāļāļēāļ āđ āļāļāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļ
5.2.1 āļāļēāļĢāļĄāļāļĢāļāļāļāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļĨāļēāļ§āđāļ§āđāļĨāļ§āļ§āļē āđāļĄāļāļģāđāļāļāļ§āļēāļāļāļāļāļāļāļ āļāļ°āļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļŦāļēāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāđāļ āđāļāļŠāļ§āļāļ
āļāļ°āđāļŠāļāļāļāļāđāļāļāļāđāļāļāļēāļāļāļĒāļēāļ āļāļāļāļēāļāļāļāļāļāđāļāļĄāļāļāļŠāļĄāļāļāļāļēāļĄāđāļāļāļāđāļāļāļāļāļĨāļēāļ§āđāļĨāļ§ āđāļĢāļēāļāļ°āļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļŦāļēāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāđāļāđāļāļāļāļāļ§āļĒāđāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļē āļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļ āđāļĢāļēāļāļģāđāļāļāļāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļēāļāļ
āļāļāļĢāļĨāļāļģāļāļāđāļāļāļāļēāļāļĻāļāļĒ āļāļāļāļēāļāļāļāļ āļāļāļāļāļĨāļāļāļĢāļ°āļŦāļ§āļēāļāļāļāļāļāļāđāļĨāļāļāļāļģāļĨāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāđāļāļāļēāļĢāļāļāļēāļĢāļāļēāļāļĒāļēāļāļāļĢāļēāļ§āđāļāļāļ§āļēāļāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļēāļĢāļāļēāđāļĄāđāļāđāļāđāļĢāļ§āļāļ§āļēāļāļāļāļāļāđāļĨāļāļāļāļģāļĨāļ eâsx āļāļēāļāļ°āļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļāļĢāļĨāļāļģāļāļāđāļāļ āļāļāļāļāļĨāļāļāļĢāļ°āļŦāļ§āļēāļāļāļāļāļāļāđāļĨāļāļāļāļģāļĨāļ eâsx
āļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļēāļāļĻāļāļĒ āļāļāļāļēāļāļāļāļāđāļ
184 āļāļāļ 5. āļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļ
āļāļāļāļĒāļēāļĄ 5.2 (āļāļāļāļāđāļĨāļāļāļāļģāļĨāļ). āđāļĢāļēāļāļ°āđāļĢāļĒāļāļāļāļāļāļ f(x) āļĄāļ§āļēāļāļāļāļāđāļĨāļāļāļāļģāļĨāļ Îą (exponentialorder Îą) āļāļēāļĄāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļāļāļ§āļX āđāļĨāļ°M āļāļ
|f(x)| âĪ MeÎąx, āļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļ āđ x âĨ X
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 5.1. āļāļāđāļŠāļāļāļ§āļēāļāļāļāļāļ f(x) = e5x sin 2x āđāļāļāļāļāļāļāļāļāļĄāļāļāļāļāđāļĨāļāļāļāļģāļĨāļāđāļāļēāļāļ 5
āļ§āļāļāļģ āđāļĢāļēāļāļāļ§āļēâĢâĢe5x sin 2x
âĢâĢ âĪ e5x, āļāļ āđ x âĨ 0
āļāļāļāđāļŠāļāļāļ§āļēāļāļāļāļāļ f āđāļāļāļāļāļāļāļāļāļĄāļāļāļāļāđāļĨāļāļāļāļģāļĨāļāđāļāļēāļāļ 5 āđāļāļĒāđāļāļāļāļĄāļāļē X = 0 āđāļĨāļ°M = 1
āļāļĪāļĐāļāļāļ 5.1 (āļāļēāļĢāļĄāļāļĢāļāļāļāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļ). āļāļēāļāļāļāļāļ f(x) āļāļāđāļāļāļāđāļāļāļāļ§āļ āđāļāļāļāļ§āļ [0,â) āđāļĨāļ°āļĄāļāļāļāļāđāļĨāļāļāļāļģāļĨāļ Îą āđāļĨāļ§
F (s) = L {f} āļĄāļāļĒāļāļĢāļāđāļĄāļ s > Îą
āļāļŠāļāļ āđāļāļāļēāļĢāļāļŠāļāļ āļāļāļāļāļēāļĢāļāļ°āđāļŠāļāļāđāļŦāđāļŦāļāļ§āļēāđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļāļĢāļĨâŦ â
0eâsxf(x)dx āđāļ
āđāļĢāļēāļāļ°āļāļāļēāļĢāļāļēāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļāļĢāļĨāđāļāļāļŠāļāļāļŠāļ§āļâŦ â
0eâsxf(x)dx =
âŦ X
0eâsxf(x)dx +
âŦ â
Xeâsxf(x)dx,
āđāļĄāļ X āļāļāļāļēāļāļāļģāđāļŦ āļāļāļāļāļ f(x) āđāļāļāļāļāļāļāļāļāļĄāļāļāļāļāđāļĨāļāļāļāļģāļĨāļ Îą āđāļĄāļ x âĨ X āļāļēāļĄāļāļāļāļĒāļēāļĄ5.2āđāļāļāļāļāļēāļāļāļāļāļāļ f āļāļāđāļāļāļāđāļāļāļāļ§āļ āđ āļāļ [0,â) āđāļāļĒāļāļĪāļĐāļāļāļāļāļāļāđāļāļĨāļāļĨāļŠ āļĒāļāļĒāļāļ§āļēāđāļĢāļē
āļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļŦāļēāļāļēâŦ X
0eâsxf(x)dx āđāļ āļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļ āđ āļāļē s
āđāļāļāļēāļĢāļāļāļēāļĢāļāļēāļŠāļ§āļāļāđāļŦāļĨāļ āļāļ°āđāļāļāļēāļĢāļāļāļŠāļāļāļāļ§āļĒāļ§āļāļāļēāļĢāđāļāļĢāļĒāļāđāļāļĒāļāļāļāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļāļĢāļĨāđāļĄāļāļĢāļāđāļāļ (comparison test for improper integrals)āđāļāļāļāļāļēāļāļāļāļāļāļ f(x) āđāļāļāļāļāļāļāļāļāļĄāļāļāļāļāđāļĨāļāļāļāļģāļĨāļ Îą āđāļĄāļ x âĨ X āļāļāļāļ
|f(x)| âĪ MeÎąx
āđāļĨāļ°âĢâĢeâsxf(x)
âĢâĢ = eâsx |f(x)| âĪ Meâ(sâÎą)x, āļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļ āđ x âĨ X (5.8)
5.2. āļāļāļŠāļĄāļāļāļāļāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļ 185
āđāļĄāļ s > Îą āđāļĢāļēāļāļāļ§āļēâŦ â
XMeâ(sâÎą)xdx = M
âŦ â
Xeâ(sâÎą)xdx =
Meâ(sâÎą)X
sâ Îą< â (5.9)
āđāļāļĒ (5.8), (5.9) āđāļĨāļ° āļāļēāļĢāļāļāļŠāļāļāļāļ§āļĒāļ§āļāļāļēāļĢāđāļāļĢāļĒāļāđāļāļĒāļāļāļāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļāļĢāļĨāđāļĄāļāļĢāļāđāļāļ āđāļĢāļēāļŠāļĢāļāđāļāļ§āļē âŦ â
Xeâsxf(x)dx
āļŦāļēāļāļēāđāļ āđāļĄāļ s > Îą āļāļāļāļāđāļĄāļ âŦ X0 eâsxf(x)dx āđāļĨāļ° âŦâX eâsxf(x)dxāļŦāļēāļāļēāđāļ āđāļĢāļēāļāļāļŠāļĢāļāđāļāļ§āļē āđāļĢāļē
āļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļāļĢāļĨ âŦ â
0eâsxf(x)dx
āđāļ āļŦāļĢāļāļāļ§āļēāđāļāļ§āļē āļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļL {f} āļĄāļāļĢāļāļŠāļģāļŦāļĢāļ s > Îą 2
5.2.2 āļāļ§āļēāļĄāđāļāļāđāļāļāđāļŠāļāļāļāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļĪāļĐāļāļāļ 5.2 (āļāļ§āļēāļĄāđāļāļāđāļāļāđāļŠāļāļāļāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļ). āļāļēāđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļŦāļēāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļ f , f1 āđāļĨāļ° f2 āļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļēāļāļāļ§āļ s > Îą, āđāļĄāļ Îą āđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļ āđāļĨāļ§âĒ L {f1 + f2} = L {f1}+ L {f2}
âĒ L {cf} = cL {f}
āđāļĄāļ c āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ āđāļĨāļ° s > Îą
āļāļŠāļāļ āđāļāļĒāļāļ§āļēāļĄāđāļāļāđāļāļāđāļŠāļāļāļāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļāļĢāļĨ āđāļĢāļēāđāļāļ§āļēL {f1 + f2} =
âŦ â
0eâsx [f1(x) + f2(x)] dx
=âŦ â
0eâsxf1(x)dx +
âŦ â
0eâsxf2(x)dx
= L {f1}+ L {f2}
āđāļĨāļ°L {cf} =
âŦ â
0eâsx [cf(x)] dx
= c
âŦ â
0eâsxf(x)dx
= cL {f}
186 āļāļāļ 5. āļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļ
āđāļĨāļ°āđāļāļāļēāļāļāļĢāļ āđāļĢāļēāļāļēāļāļāļ°āđāļāļĒāļāļĢāļ§āļĄāļāļāļŠāļĄāļāļāļāļ§āļēāļĄāđāļāļāđāļāļāđāļŠāļāļāļāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļŠāļāļāļāļāđāļāļ
L {c1f1 + c2f2} = c1L {f1}+ c2L {f2}, (5.10)
āđāļĄāļ c1 āđāļĨāļ° c2 āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđāđāļĨāļ°āļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļ
c1f1(x) + c2f2(x) = L â1{c1L {f1}+ c2L {f2}}
= L â1{c1F1(s) + c2F (s)}
c1Lâ1{F1}+ c2L
â1{F2} = L â1{c1F1(s) + c2F (s)},
āđāļĄāļ F1(s) = L {f1} āđāļĨāļ° F2(s) = L {f2}, āļāļāļŦāļĄāļēāļĒāļāļ āļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļāļāļĄāļāļāļŠāļĄāļāļāļāļ§āļēāļĄāđāļāļāđāļāļāđāļŠāļāđāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļ 2
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 5.2. āļāļāļŦāļēāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļ f(x) = cosh ax
āļ§āļāļāļģ āđāļāļāļāļāļēāļcosh ax =
eax + eâax
2
āļāļāļāļ
L {cosh ax} = L {eax + eâax
2}
=12
[L {eax}+ L {eâax}]
(āđāļāļĒāļāļāļŠāļĄāļāļāļāļ§āļēāļĄāđāļāļāđāļāļāđāļŠāļāļāļāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļ)
āđāļĢāļēāļāļĢāļēāļāļ§āļēL {eax} =
1sâ a
, āđāļĄāļ s > a
āđāļĨāļ°L {eâax} =
1s + a
, āđāļĄāļ s < âa
5.2. āļāļāļŠāļĄāļāļāļāļāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļ 187
āļāļāļāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļ cosh ax āļāļF (s) = L {cosh ax} =
12
[1
sâ a+
1s + a
]
=12
(s + a) + (sâ a)(sâ a)(s + a)
=12
2s
s2 â a2
=s
s2 â a2āđāļĄāļ s > |a| (5.11)
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 5.3. āļāļāļŦāļēL {1 + 2x + 3e4x â 5 sin 6x}
āļ§āļāļāļģ āļāļēāļāļāļāļŠāļĄāļāļāļāļ§āļēāļĄāđāļāļāđāļāļāđāļŠāļāļāļāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļ āđāļĢāļēāđāļāļ§āļēL {1 + 2x + 3e4x â 5 sin 6x} = L {1}+ 2L {x}+ 3L {e4x} â 5L {sin 6x}
=1s
+ 21s2
+ 31
sâ 4â 5
6s2 + 62
=1s
+2s2
+3
sâ 4â 30
s2 + 36
= 4s4 â 8s3 + 64s2 â 18sâ 72s5 â 4s4 + 36s3 â 144s2
5.2.3 āļāļēāļĢāđāļĨāļāļāļāļāļēāļāđāļāđāļāļ§āđāļāļ s
āļāļĪāļĐāļāļāļ 5.3 (āļāļēāļĢāđāļĨāļāļāļāļāļēāļāđāļāđāļāļ§āđāļāļ s āļāļāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļ). āļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļ f(x) āđāļ āđ
L {f} = F (s), s > Îą (5.12)āđāļĢāļēāđāļāļ§āļē
L {eaxf(x)} = F (sâ a), s > Îą + a
āļāļŠāļāļ āđāļāļĒāļāļāļāļĒāļēāļĄāļāļāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļ āđāļĢāļēāđāļāļ§āļēL {eaxf(x)} =
âŦ â
0eâsxeaxf(x)dx
=âŦ â
0eâ(sâa)xf(x)dx
= F (sâ a)
āđāļĨāļ°āđāļāļāļēāļāļāļĨāļāļāļeaxf(x) = L â1{F (sâ a)}
2
188 āļāļāļ 5. āļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļ
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 5.4. āļāļāļŦāļēāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļ eax sin bx
āļ§āļāļāļģ āđāļĢāļēāļāļĢāļēāļāđāļĨāļ§āļ§āļēL {sin bx} =
b
s2 + b2
āļāļāļāļ āđāļāļĒāļāļāļŠāļĄāļāļāļāļēāļĢāđāļĨāļāļāļāļāļēāļāđāļāđāļāļ§āđāļāļ s
L {eax sin bx} =b
(sâ a)2 + b2
5.2.4 āļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļĪāļĐāļāļāļ 5.4 (āļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŦāļāļ). āļāļē f(x) āļāļāđāļāļāļāļāļāļāļ§āļ [0,â) āđāļĨāļ°f âē(x) āļāļāđāļāļāļāđāļāļāļāļ§āļ āđ āļāļ [0,â) āđāļāļĒāļf(x) āđāļāļāļāļāļāļāļāļāļĄāļāļāļāļāđāļĨāļāļāļāļģāļĨāļ Îą āđāļĨāļ§
L {f âē} = sL {f} â f(0), āđāļĄāļ s > Îą (5.13)āļāļŠāļāļ āđāļāļāļāļāļēāļ f âē(x) āļāļāđāļāļāļāđāļāļāļāļ§āļ āđ āļāļāļāļ
âŦ N
0f âē(x)esxdx āļŦāļēāļāļēāđāļāļāļ āđ N âĨ 0 āļāļāļēāļĢāļāļē
L {f âē}
L {f âē} =âŦ â
0eâsxf âē(x)dx = lim
Nââ
âŦ N
0eâsxf âē(x)dx
āđāļāļĒāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļāļĢāļĨāļāļĨāļ°āļŠāļ§āļ = limNââ
[eâsxf(x)
âĢâĢâĢN
0+ s
âŦ N
0eâsxf(x)dx
]
= limNââ
eâsNf(N)â f(0) + s limNââ
âŦ N
0eâsxf(x)dx
= limNââ
eâsNf(N)â f(0) + sL {f}
āđāļāļāļāļāļēāļ f(x) āđāļāļāļāļāļāļāļāļāļĄāļāļāļāļāđāļĨāļāļāļāļģāļĨāļ Îą āļāļāļāļâĢâĢeâsNf(N)
âĢâĢ âĪ eâsNMeÎąN = Meâ(sâÎą)N
āļāļāļŠāļģāļŦāļĢāļ s > Îą
0 âĪ limNââ
âĢâĢeâsNf(N)âĢâĢ âĪ lim
NââMeâ(sâÎą)N = 0
āļāļāļāļlim
NââeâsNf(N) = 0
āļāļģāđāļŦāļŠāļĢāļāđāļāļ§āļēL {f âē} āļŦāļēāļāļēāđāļāđāļĨāļ°L {f âē} = sL {f}âf(0), āđāļĄāļ s > Îą 2
5.2. āļāļāļŠāļĄāļāļāļāļāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļ 189
āđāļāļĒāļāļĪāļĐāļāļāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŦāļāļ 5.4 āđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļĢāļ°āļĒāļāļāļŦāļēāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļāđāļāđāļāļĒ
L {f âēâē} = sL {f âē} â f âē(0)
= s [sL {f} â f(0)]â f âē(0)
= s2L {f} â sf(0)â f âē(0)
āđāļĨāļ°āđāļāļĒāļāļāļāļĒāđāļāļāļāļāļāļĻāļēāļŠāļāļĢ āđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļĒāļēāļĒāđāļāļ§āļāļ§āļēāļĄāļāļāļāđāļāļāļŦāļēāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļ āđ āđāļāļāļ
āļāļĪāļĐāļāļāļ5.5(āļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāđ). āļāļēf(x), f âē(x), . . . , f (nâ1)(x)āļāļāđāļāļāļāļāļāļāļ§āļ [0,â) āđāļĨāļ° f (n)(x) āļāļāđāļāļāļāđāļāļāļāļ§āļ āđ āļāļ [0,â) āđāļāļĒāļāļāļāļāļāļāļāļāļĨāļēāļ§āļĄāļēāļāļāļŦāļĄāļ āđāļāļāļāļāļāļāļāļāļĄāļāļāļāļāđāļĨāļāļāļāļģāļĨāļ Îą āđāļĨāļ§
L {f (n)} = snL {f} â snâ1f(0)â snâ2f âē(0)â · · · â sf (nâ2)(0)â f (nâ1)(0), āđāļĄāļ s > Îą
(5.14)
āļāļĪāļĐāļāļāļāļ āđāļāļāļāļĪāļĐāļāļŠāļģāļāļāļāļāļģāđāļŦāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļĢāļ°āļĒāļāļāđāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļāđāļ
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 5.5. āļāļāļŦāļēāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļ sinh ax
āļ§āļāļāļģ āđāļāļāļāļāļēāļ
d
dxcosh ax =
d
dx(eax + eâax
2) = a
eax â eâax
2= a sinh ax
āļŦāļĢāļd
dx
(cosh ax
a
)= sinh ax
190 āļāļāļ 5. āļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļ
āđāļāļĒāļāļĪāļĐāļāļāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŦāļāļ 5.4 āđāļĢāļēāđāļL {sinh ax} = L
{d
dx
(cosh ax
a
)}
= sL
{cosh ax
a
}â cosh 0
a
=s
a
(s
s2 â a2
)â e0 + e0
2a
=s2 â (s2 â a2)
a(s2 â a2)
=a2
a(s2 â a2)
=a
s2 â a2(5.15)
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 5.6. āļāļāļŦāļēāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļ f(x) = sin2 x
āļ§āļāļāļģ āđāļāļāļāļāļēāļf(0) = sin2 0 = 0 āđāļĨāļ° f âē(x) = 2 sinx cosx = sin 2x
āļāļāļāļL {f âē} = L {sin 2x} =
2s2 + 4
āđāļĨāļ°L {f âē} = sL {sin2 x} â f(0)
= sL {sin2 x} â 0 = sL {sin2 x}
āļāļāļāļL {sin2 x} =
2s(s2 + 4)
5.2.5 āļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļĨāļāļĪāļĐāļāļāļ 5.6 (āļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļĨ). āļāļē f(x) āļāļāđāļāļāļāđāļāļāļāļ§āļ āđ āļāļāļāļ§āļ [0,â) āđāļĨāļ°f(x) āđāļāļāļāļāļāļāļāļāļĄāļāļāļāļāđāļĨāļāļāļāļģāļĨāļ Îą āđāļĨāļ§
L
{âŦ x
0f(u)du
}=
L {f}s
=F (s)
sāđāļĄāļ s > Îē (5.16)
āđāļāļĒāļ Îē =
0 āļāļē Îą < 0
Îą āļāļē Îą âĨ 0
5.2. āļāļāļŠāļĄāļāļāļāļāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļ 191
āļāļŠāļāļ āđāļŦ g(x) =âŦ x0 f(u)du āđāļāļĒāļāļĪāļĐāļāļāļāļĄāļĨāļāļēāļāļāļāļāđāļāļĨāļāļĨāļŠ āđāļĢāļēāđāļāļ§āļē
g(0) = 0 āđāļĨāļ° gâē(x) = f(x)
āđāļĢāļēāļāļ°āđāļĢāļĄāļāļāļāļĢāļ§āļāļŠāļāļāļāļāļāļ§āļē āđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļŦāļēāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļ g(x) āđāļāđāļāļāļāļāļēāļāļāļāļāļāļ f(x) āļāļāđāļāļāļāđāļāļāļāļ§āļ āđ āļāļāļāļāļāļāļāļāļ g(x) āļāļāđāļāļāļāļēāļāļāļāļāļĢāļĨāļāļāļ f(x) āļ
āļāļāļāļāļāđāļāļāļāđāļāļāļāļ§āļ āđ āļāļ§āļĒ āđāļĨāļ° āļāļāļ§āļē|g(x)| =
âĢâĢâĢâĢâŦ x
0f(u)du
âĢâĢâĢâĢ âĪâŦ x
0|f(u)| du
āđāļāļĢāļēāļ°āļ§āļē f(x) āđāļāļāļāļāļāļāļāļāļĄāļāļāļāļāđāļĨāļāļāļāļģāļĨāļ Îą āđāļĨāļ° Îą âĪ Îē āļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļ āđ x > X āđāļĢāļēāđāļāļ§āļēâŦ x
0|f(u)| du =
âŦ X
0|f(u)| du +
âŦ x
X|f(u)| du
âĪâŦ X
0|f(u)| du +
âŦ x
XMeÎąudu
âĪâŦ X
0|f(u)| du +
âŦ x
XMeÎēudu
=âŦ X
0|f(u)| du +
M
Îē
(eÎēx â eÎēX
)
= M âēeÎēx +[âŦ X
0|f(u)| duâM âēeÎēX
],
āđāļĄāļM âē =M
Îē
āđāļāļāļāļāļēāļX āđāļāļāļāļēāļāļāļāļāļĢāļ āļāļāļāļāđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļŦāļēāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļāļāļ§āļM âēâē āļāļ|g(x)| âĪ M âēeÎēx +
[âŦ X
0|f(u)| duâM âēeÎēX
]âĪ M âēâēeÎēx
āļāļāđāļŠāļāļāļ§āļē g(x) āđāļāļāļāļāļāļāļāļāļĄāļāļāļāļāđāļĨāļāļāļāļģāļĨāļ ÎēāļāđāļŠāļāļāļ§āļēāđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļŦāļēāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļ g(x) āđāļ āđāļĨāļ°āđāļāļĒāļāļĪāļĐāļāļāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļ
āļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŦāļāļ 5.4 āļāļģāđāļŦāđāļāļ§āļēL {f} = L {gâē} = sL {g} â g(0)
= sL {g} â 0
= sL {g}
āļāļāļāļL {g} = L
{âŦ x
0f(u)du
}=
L {f}s
2
192 āļāļāļ 5. āļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļ
5.2.6 āļāļāļāļāļāļāļāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļĪāļĐāļāļāļ 5.7 (āļāļāļāļāļāļāļāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļ). āļāļē f(x) āļāļāđāļāļāļāđāļāļāļāļ§āļ āđ āļāļāļāļ§āļ [0,â) āđāļĨāļ°f(x) āđāļāļāļāļāļāļāļāļāļĄāļāļāļāļāđāļĨāļāļāļāļģāļĨāļ Îą āđāļĨāļ§
L {xf(x)} = âF âē(s) āđāļĄāļ s > Îą (5.17)
āļāļŠāļāļ āđāļāļāļāļāļēāļF (s) =
âŦ â
0f(x)eâsxdx
āđāļāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļ f(x) āđāļĄāļ s > Îą
āđāļĄāļāļŦāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļ F (s) āđāļāļĒāļāļāļāļāļ§āđāļāļĢ s āļāļģāđāļŦāđāļāļ§āļē
F âē(s) =d
ds
âŦ â
0f(x)eâsxdx
=âŦ â
0
d
ds
(f(x)eâsx
)dx
=âŦ â
0âxf(x)eâsxdx
= âL {xf(x)}
āļāļāļāļL {xf(x)} = âF âē(s)
2 āđāļĨāļ°āđāļāļāļēāļĢāļāļŠāļāļāļāļģāļāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāđāļĢāļēāđāļāļ§āļē
F âēâē(s) =d2
ds2
âŦ â
0f(x)eâsxdx
=âŦ â
0
d2
ds2
(f(x)eâsx
)dx
=âŦ â
0(â1)2x2f(x)eâsxdx
= (â1)2L {x2f(x)}
āļŦāļĢāļL {x2f(x)} = (â1)2F âēâē(s)
āđāļĨāļ°āđāļāļĒāļāļāļāļĒāļāļēāļāļāļāļāļĻāļēāļŠāļāļĢ āđāļĢāļēāđāļāļ§āļē
5.2. āļāļāļŠāļĄāļāļāļāļāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļ 193
āļāļĪāļĐāļāļāļ 5.8 (āļāļāļāļāļāļāļāļāļ n āļāļāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļ). āļāļē f(x) āļāļāđāļāļāļāđāļāļāļāļ§āļ āđ āļāļāļāļ§āļ[0,â) āđāļĨāļ° f(x) āđāļāļāļāļāļāļāļāļāļĄāļāļāļāļāđāļĨāļāļāļāļģāļĨāļ Îą āđāļĨāļ§
L {xnf(x)} = (â1)nF (n)(s) āđāļĄāļ s > Îą, n = 1, 2, 3, . . . (5.18)
5.2.7 āļāļāļāļāļĢāļĨāļāļāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļĪāļĐāļāļāļ 5.9 (āļāļāļāļāļĢāļĨāļāļāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļ). āļāļē f(x) āļāļāđāļāļāļāđāļāļāļāļ§āļ āđ āļāļāļāļ§āļ [0,â), āđāļāļāļāļāļāļāļāļāļĄāļāļāļāļāđāļĨāļāļāļāļģāļĨāļ Îą āđāļĨāļ°
limxâ0+
f(x)x
āļŦāļēāļāļēāđāļ āđāļĨāļ§L
{f(x)
x
}=
âŦ â
sF (u)du āđāļĄāļ s > Îą (5.19)
āļāļŠāļāļ āđāļĢāļēāļāļāļ§āļēâŦ â
sF (u)du =
âŦ â
s
[âŦ â
0f(x)eâuxdx
]du
āđāļāļāļāļāļēāļ f(x) āļāļāđāļāļāļāđāļāļāļāļ§āļ āđ āļāļāļāļ§āļ [0,â) āđāļĨāļ°āđāļāļāļāļāļāļāļāļāļĄāļāļāļāļāđāļĨāļāļāļāļģāļĨāļ Îą āđāļāļĒāļāļēāļĢāļāļĢāļ°āļĒāļāļāļāļĪāļĐāļāļāļāđāļāļāļēāļĢāļ§āđāļāļĢāļēāļ°āļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļ1 āđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļŠāļĨāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļāļĢāļĨāđāļāļāļāļāļ āļŠāļģāļŦāļĢāļs > Îą
âŦ â
sF (u)du =
âŦ â
0
[âŦ â
sf(x)eâuxdu
]dx
=âŦ â
0f(x)
[âŦ â
seâuxdu
]dx
āđāļāļāļāļāļēāļâŦ â
seâuxdu = âeâux
u
âĢâĢâĢâ
s
= limNââ
[âeâNx
xâ
(âeâsx
x
)]
=eâsx
x(āđāļāļāļāļāļēāļ x > 0)
1āļāļāļĪāļĐāļāļāļāđāļāđāļ [16]
194 āļāļāļ 5. āļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļ
āļāļāļāļâŦ â
sF (u)du =
âŦ â
0f(x)
eâsx
xdx =
âŦ â
0
f(x)x
eâsxdx = L
{f(x)
x
}
2
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 5.7. āļāļāļŦāļēāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļ f(x) =sinx
x
āļ§āļāļāļģ āđāļāļāļāļāļēāļ L {sinx} =1
s2 + 1āļŠāļģāļŦāļĢāļ s > 0 āļāļāļāļāđāļāļĒāļāļĪāļĐāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļĨāļāļāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļ
āļĨāļēāļāļĨāļēāļ 5.9 āļāļģāđāļŦāđāļāļ§āļē
L
{sinx
x
}=
âŦ â
s
1u2 + 1
du
= tanâ1 uâĢâĢâĢâ
s
= limNââ
[tanâ1 N â tanâ1 s
]
=Ï
2â tanâ1 s
āđāļāļāļāļāļŦāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļ
1. x2e3x
2. eâx cosx
3. x2eÏx
4. x2 sin ax
5. xe2x cos 5x
6. eâxx sinh 2x
7. (xâ 5)4
8. 3xâ ex
9. eâx cos 3x + e6x â x
10. 2x2eâx â x2 + cos 4x
11. xe2Ïx
12. (1 + eâx)2
13. 5x4 â 2x2 + 1
14. cos2 x
15. x sin2 x
16. x2 + ex sin 2x
17. cosnx sinnx
18. cos2 nx
19. cosmx sinnx
20. cosmx cosnx
21. sin 3x cos 3x
22. x sin 2x cos 5x
23. 5x4 â 2x2 + 1
24. coshx sinhx
(āļāļāļģāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļŦāļāļāļŦāļāļē ??)
5.2. āļāļāļŠāļĄāļāļāļāļāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļ 195
f(x) F (s) = L {f} āļŦāļāļē1
1s, s > 0 180
x1s2, s > 0 180
xn (n = 1, 2, 3, . . .)n!
sn+1, s > 0 181
ecx 1sâ c, s > c 181
sin axa
s2 + a2, s > 0 182
cos axs
s2 + a2, s > 0 182
sinh axa
s2 â a2, s > |a| 190
cosh axs
s2 â a2, s > |a| 187
L {eaxf(x)} F (sâ a), s > Îą + a 187
L {c1f1 + c2f2} c1L {f1}+ c2L {f2} 186
L {f âē} sL {f} â f(0), s > Îą 188
L {f (n)}snL {f}â snâ1f(0)â snâ2f âē(0)â· · ·â
sf (nâ2)(0)â f (nâ1)(0), s > Îą189
L
{âŦ x
0f(u)du
}F (s)
s, s > Îē 190
L {xf(x)} âF âē(s), s > Îą 192
L {xnf(x)} (n = 1, 2, 3, . . .) (â1)nF (n)(s), s > Îą 193
L
{f(x)
x
} âŦ â
sF (u)du, s > Îą 193
āļāļēāļĢāļēāļāļ 5.2. āļāļēāļĢāļēāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļ
196 āļāļāļ 5. āļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļ
5.3 āđāļāļāļāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļāļāļēāļāđāļāļŠāļ§āļāļāļāļēāļāļĄāļē āđāļāļāļĨāļēāļ§āļāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļ f(x) āļāļāđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļŦāļē F (s)
āđāļāđāļāļĒāļāļĢāļāđāļāļĒāđāļāļāļāļāļĒāļēāļĄ āļŦāļĢāļ āđāļāļāļĪāļĐāļāļāļ 5.2-5.9 āļāļ§āļĒāđāļāļāļēāļĢāļŦāļēāđāļĨāļ°āđāļāļāļēāļāļāļĨāļāļāļ āļāļēāđāļŦāļāļāļāļāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļ F (s) āļĄāļē āđāļĢāļēāļāļāļēāļāļ°āļŦāļēāļāļāļāļāļ f(x) āđāļāđāļŦāļĄāļāļāļāļ āļĒāļāļāļ§āļāļĒāļēāļāđāļāļāļāļ§āļāļĒāļēāļ 5.8. āļāļāļŦāļēL â1{F}, āđāļĄāļ
1. F (s) =2s3
2. F (s) =3
s2 + 93. F (s) =
sâ 1s2 â 2s + 5
āļ§āļāļāļģ āđāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļāļāļāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļL â1{F} āđāļāļāļāļāļ°āđāļāļāļēāļĢāļēāļ 5.2 āļŦāļāļē195 āļāļ§āļĒ
1. L â1{ 2s3} = L â1{ 2!
s3} = x2
2. L â1{ 3s2 + 9
} = L â1{ 3s2 + 32
} = sin 3x
3. L â1{ sâ 1s2 â 2s + 5
} = L â1{ sâ 1(sâ 1)2 + 22
} = exL â1{ s
s2 + 22} = ex cos 2x
āđāļāļŠāļ§āļāļ āļāļ°āđāļŠāļāļāđāļāļāļāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļāļāļāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļ āđāļāļĒāđāļāļāļēāļĢāļēāļ 5.2āļāļāđāļĄāļ§āļēāļĄāđāļāļāļāļāļĄāļēāļāļĄāļēāļĒāđāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļāļāļāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļŠāļĄāļāļāļŦāļĨāļāļāļāļ°āļāļģāļĄāļēāļāļĢāļ°āļĒāļāļ
āđāļāļŦāļēāļāļāļāļāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļ āļāļâĒ āļāļāļŠāļĄāļāļāļāļ§āļēāļĄāđāļāļāđāļāļāđāļŠāļâĒ āļāļāļŠāļĄāļāļāļāļēāļĢāđāļĨāļāļāļāļāļēāļāđāļāđāļāļ§āđāļāļ s
āļāļāļāļ°āđāļāđāļŠāļāļāđāļŦāđāļŦāļ āđāļāļāļ§āļāļĒāļēāļāļāļāđāļāļāļāļ§āļāļĒāļēāļ 5.9. āļāļāļŦāļēL â1
{5
sâ 1â 6s
s2 + 9
}
āļ§āļāļāļģ āđāļāļĒāļāļāļŠāļĄāļāļāļāļ§āļēāļĄāđāļāļāđāļāļāđāļŠāļ āđāļĢāļēāđāļāļ§āļē
L â1
{5
sâ 1â 6s
s2 + 9
}= 5L â1
{1
sâ 1
}â 6L â1
{s
s2 + 9
}
āđāļāļĒāļāļāļŠāļĄāļāļāļāļēāļĢāđāļĨāļāļāļāļāļēāļāđāļāđāļāļ§āđāļāļ s āđāļĢāļēāđāļ
L â1
{1
sâ 1
}= exL â1
{1s
}
5.3. āđāļāļāļāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļ 197
āļāļāļāļL â1
{5
sâ 1â 6s
s2 + 9
}= 5exL â1
{1s
}â 6L â1
{s
s2 + 9
}
= 5exL â1
{1s
}â 6L â1
{s
s2 + 32
}
= 5ex · 1â 6 cos 3x
= 5ex â 6 cos 3x
āļāļēāļāļāļ§āļāļĒāļēāļ 5.9 āđāļŦāļāđāļāļ§āļē āđāļĢāļēāļāļāļāļāļĢāļ°āļĒāļāļāđāļāļāļāļŠāļĄāļāļāļāļāļŠāļāļāļāļāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļ āļĄāļēāđāļāļŦāļēāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļ āđāļāđāļāļāļēāļāļāļĢāļāđāļĢāļēāļāļēāļāļāļ°āđāļĄāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļāļāļāļŠāļĄāļāļāļāļāļŠāļāļāđāļāđāļāļĒāļāļĢāļāđāļāļ āļēāļĒāļŦāļĨāļāļāļēāļāļāļēāļĢāļāļāļĢāļ āļāļ°āļāļģāđāļŦāđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļĢāļ°āļĒāļāļāđāļāļāļāļŠāļĄāļāļāļāļāļŠāļāļāđāļ āđāļāļĒāļāļ°āđāļŦāļāđāļāļāļēāļāļāļ§āļāļĒāļēāļ 5.10, 5.11 āđāļĨāļ°5.12āļāļ§āļāļĒāļēāļ 5.10. āļāļāļŦāļēāļāļēL â1
{3
2s2 + 8s + 10
}
āļ§āļāļāļģ āđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļāļĢāļāđāļŦāļĄāđāļāđāļāļL â1
{3
2s2 + 8s + 10
}= L â1
{32
(1
s2 + 4s + 5
)}
= L â1
{32
(1
(s2 + 2 · 2s + 22) + 1
)}
= L â1
{32
(1
(s + 2)2 + 1
)}
=32L â1
{1
[sâ (â2)]2 + 1
}
=32eâ2xL â1
{1
s2 + 1
}
=32eâ2x sinx
198 āļāļāļ 5. āļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļ
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 5.11. āļāļāļŦāļēāļāļēL â1
{5
(s + 4)6
}
āļ§āļāļāļģ āđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļāļĢāļāđāļŦāļĄāđāļāđāļāļL â1
{5
(s + 4)6
}= 5L â1
{1
(s + 4)6
}
= 5L â1
{1
[sâ (â4)]6
}
= 5eâ4xL â1
{1s6
}
=5eâ4x
5!L â1
{5!s6
}
=5eâ4x
5!x5
=5eâ4x
120x5
=x5eâ4x
24
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 5.12. āļāļāļŦāļēāļāļēL â1
{3s + 2
s2 + 2s + 10
}
āļ§āļāļāļģ āđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļāļĢāļāđāļŦāļĄāđāļāđāļāļL â1
{3s + 2
s2 + 2s + 10
}= L â1
{3s + 2
s2 + 2 · 1s + 12 + 9
}
= L â1
{3s + 2
(s + 1)2 + 32
}
āđāļĨāļ°āļāļ°āļāļāļĢāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļāđāļŦāļāļĒāđāļāļĢāļāļāļāļāļāļāļāļāļ s + 1 āđāļāđāļāļL â1
{3s + 2
s2 + 2s + 10
}= L â1
{3s + (3â 3) + 2
(s + 1)2 + 32
}
= L â1
{(3s + 3) + (â3 + 2)
(s + 1)2 + 32
}
= L â1
{3(s + 1)â 1(s + 1)2 + 32
}
= L â1
{3(s + 1)
(s + 1)2 + 32
}+ L â1
{ â1(s + 1)2 + 32
}
= 3L â1
{s + 1
(s + 1)2 + 32
}âL â1
{1
(s + 1)2 + 32
}
= 3eâxL â1
{s
s2 + 32
}â eâxL â1
{1
s2 + 32
}
= eâx
(3L â1
{s
s2 + 32
}âL â1
{1
s2 + 32
})
= eâx
(3L â1
{s
s2 + 32
}â 1
3L â1
{3
s2 + 32
})
= eâx
(3 cos 3xâ 1
3sin 3x
)
5.3. āđāļāļāļāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļ 199
āđāļāļāļēāļāļāļĢāļāđāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļ āđāļĢāļēāļāļēāļāļāļģāđāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļĢāļāļĒāļ° (ratio-nal function) āđāļ āđ āđāļŦāļāļĒāđāļāļĢāļāļāļĨāļāļ§āļ (āļŦāļĢāļāļāļĨāļāļēāļ) āļāļāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļĢāļāļĒāļ°āļāļĒāļēāļāļāļēāļĒ āđāļāļ
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 5.13. āļāļāļŦāļēāļāļēL â1
{s + 7
s2 + 2sâ 3
}
āļ§āļāļāļģ āđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļāļĢāļāđāļŦāļĄāđāļāđāļāļ
L â1
{s + 7
s2 + 2sâ 3
}= L â1
{s + 7
(sâ 1)(s + 3)
}
āļāļāļēāļĢāļāļēāļāļāļāļāļāļāļĢāļĢāļāļĒāļ°F (s) =
s + 7(sâ 1)(s + 3)
āđāļāļĒāļ§āļāļāļēāļĢāđāļĒāļāđāļĻāļĐāļŠāļ§āļāļĒāļāļĒ (method of partial fractions) āđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļĒāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļĢāļāļĒāļ°āļs + 7
(sâ 1)(s + 3)
āđāļŦāļāļĒāđāļāļĢāļāļāļĨāļāļ§āļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļĢāļāļĒāļ°āļāļĒāļēāļāļāļēāļĒāđāļāđāļāļs + 7
(sâ 1)(s + 3)=
A
sâ 1+
B
s + 3
=A(s + 3) + B(sâ 1))
(sâ 1)(s + 3)
=(A + B)s + (3AâB)
(sâ 1)(s + 3)
āđāļāļĒāļāļēāļĢāđāļāļĒāļāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļ āđāļĢāļēāđāļāļ§āļē
A + B = 1 (āļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāļŦāļāļē s)3AâB = 7
āđāļĄāļāđāļāļĢāļ°āļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ āļāļāļ°āđāļ A = 2 āđāļĨāļ° B = â1 āļāļāļāļ
L â1
{s + 7
s2 + 2sâ 3
}= L â1
{2
sâ 1+
â1s + 3
}
= L â1
{2
sâ 1
}+ L â1
{ â1s + 3
}
= 2L â1
{1
sâ 1
}âL â1
{1
s + 3
}
= 2ex â eâ3x
200 āļāļāļ 5. āļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļ
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 5.14. āļāļāļŦāļēāļāļēL â1 {F (s)} āđāļĄāļ
F (s) =7sâ 1
(s + 1)(s + 2)(sâ 3)
āļ§āļāļāļģ āđāļāļĒāļ§āļāļāļēāļĢāđāļĒāļāđāļĻāļĐāļŠāļ§āļāļĒāļāļĒ āđāļĢāļēāļāļ°āđāļāļĒāļāļāļāļāļāļ F (s) āđāļŦāļāļĒāđāļāļĢāļāļāļĨāļāļ§āļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļĢāļāļĒāļ°āļāļĒāļēāļāļāļēāļĒ āđāļāđāļāļ
7sâ 1(s + 1)(s + 2)(sâ 3)
=A
s + 1+
B
s + 2+
C
sâ 3
=A(s + 2)(sâ 3) + B(s + 1)(sâ 3) + C(s + 1)(s + 2)
(s + 1)(s + 2)(sâ 3)
=(A + B + C)s2 + (âAâ 2B + 3C)s + (â6Aâ 3B â 2C)
(s + 1)(s + 2)(sâ 3)
āđāļāļĒāļāļēāļĢāđāļāļĒāļāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļ āđāļĢāļēāđāļāļ§āļē
A + B + C = 0 (āļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāļŦāļāļē s2)
âAâ 2B + 3C = 7 (āļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāļŦāļāļē s)â6Aâ 3B + 2C = â1
āđāļĄāļāđāļāļĢāļ°āļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ āļāļāļ°āđāļ A = 2, B = â3 āđāļĨāļ° C = â1 āļāļāļāļ
L â1
{s + 7
s2 + 2sâ 3
}= L â1
{2
s + 1â 3
s + 2+
1sâ 3
}
= 2L â1
{1
s + 1
}â 3L â1
{1
s + 2
}+ L â1
{1
sâ 3
}
= 2eâx â 3eâ2x + e3x
āļŦāļĄāļēāļĒāđāļŦāļ āđāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļē A, B āđāļĨāļ° C āļāļēāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ
7sâ 1 = A(s + 2)(sâ 3) + B(s + 1)(sâ 3) + C(s + 1)(s + 2)
āļāļēāļāļāļ°āđāļāđāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļ
5.3. āđāļāļāļāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļ 201
1. āđāļĨāļāļ s = â1 āđāļāļāđāļŦāļāļāļ (s + 1) āļŦāļēāļĒāđāļ āļāļāļāļ7(â1)â 1 = A(â1 + 2)(â1â 3) + B(â1 + 1)(â1â 3)
+C(â1 + 1)(â1 + 2)
â7â 1 = A(1)(â4) + B(0)(â4) + C(0)(1)
â8 = â4A
āđāļ A = 2
2. āļāļēāļāļāļāđāļĨāļāļ s = â2 āđāļāļāđāļŦāļāļāļ (s + 2) āļŦāļēāļĒāđāļ āļāļāļāļ7(â2)â 1 = A(0) + B(â2 + 1)(â2â 3) + C(0)
â14â 1 = B(5)
â15 = 5B
āđāļ B = â3
3. āļāļēāļāļāļāđāļĨāļāļ s = 3 āđāļāļāđāļŦāļāļāļ (sâ 3) āļŦāļēāļĒāđāļ āļāļāļāļ7(3)â 1 = A(0) + B(0) + C(3 + 1)(3 + 2)
21â 1 = 20C
20 = 20C
āđāļ C = 1
āđāļĨāļ°āđāļāļ§āļē7sâ 1 = 2(s + 2)(sâ 3)â 3(s + 1)(sâ 3) + (s + 1)(s + 2)
2
āļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļĢāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļĢāļāļĒāļ° P (s)Q(s)āļāļQ(s)āļĄāļāļāļ (sâr)m āđāļāļāļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļāļ āļēāļĒāļŦāļĨāļāļāļēāļāļāļēāļĢ
āļāļĢāļ°āļāļēāļĒāļāļāļāļāļāļāļĢāļĢāļāļĒāļ° P (s)Q(s)āđāļŦāļāļĒāđāļāļĢāļāļāļĨāļāļ§āļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļĢāļāļĒāļ°āļāļĒāļēāļāļāļēāļĒ āļāļāļāļāļāļāļāļĨāļāļ§āļ
āļāļāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļĢāļāļĒāļ°āļāļĒāļēāļāļāļēāļĒ āļāļŠāļĄāļāļĒāļāļāļāļāļ (sâ r)m āļāļ°āļāļĒāđāļāļĢāļA1
sâ r+
A2
(sâ r)2+ · · ·+ Am
(sâ r)m,
āđāļĄāļ A1, . . . , Am āđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļ
202 āļāļāļ 5. āļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļ
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 5.15. āļāļāļŦāļēāļāļēL â1 {F (s)} āđāļĄāļF (s) =
s2 + 9s + 2(sâ 1)2(s + 3)
āļ§āļāļāļģ āđāļāļĒāļ§āļāļāļēāļĢāđāļĒāļāđāļĻāļĐāļŠāļ§āļāļĒāļāļĒ āđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļĒāļāļāļāļāļāļ F (s) āđāļŦāļāļĒāđāļāļĢāļāļāļĨāļāļ§āļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļĢāļāļĒāļ°āļāļĒāļēāļāļāļēāļĒāđāļ āđāļĨāļ°āđāļāļāļāļāļēāļāļŠāļ§āļāļāļāļ F (s) āļĄ(sâ 1)2 āđāļāļāļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļ āļāļāļāļ
s2 + 9s + 2(sâ 1)2(s + 3)
=A
sâ 1+
B
(sâ 1)2+
C
s + 3
=A(sâ 1)(s + 3) + B(s + 3) + C(sâ 1)2
(sâ 1)2(s + 3)
āđāļĄāļāļāļģ (sâ 1)2(s + 3) āļāļāļāļāļŠāļāļāļāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ āļāļāļ°āđāļs2 + 9s + 2 = A(sâ 1)(s + 3) + B(s + 3) + C(sâ 1)2
āđāļāļāļāļ°āļāļģāļāļāļāļāļāļāļĄāļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļ (sâ 1) āđāļŦ s = 1 āļāļ°āđāļāļ§āļē12 + 9 · 1 + 2 = A(0) + B(1 + 3) + C(0)
12 = 4B
āļāļāļāļ B = 3 āđāļĨāļ°āđāļāļāļģāļāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļ āđāļŦ s = â3
(â3)2 + 9 · (â3) + 2 = A(0) + 3(0) + C(â3â 1)2
â16 = 16C
āđāļ C = â1 āđāļĨāļ°āļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļē A āđāļāļāļāļ§āļēāļĄāļŠāļ°āļāļ§āļāļāļ°āđāļŦ s = 0
(0)2 + 9 · (0) + 2 = A(0â 1)(0 + 3) + 3(0 + 3)â 1(0â 1)2
2 = â3A + 9â 1
â6 = â3A
āđāļĨāļ°āđāļ A = 2 āđāļāļĢāļēāļ°āļāļ°āļāļs2 + 9s + 2
(sâ 1)2(s + 3)=
2sâ 1
+3
(sâ 1)2+
â1s + 3
=2
sâ 1+
3(sâ 1)2
â 1s + 3
5.3. āđāļāļāļāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļ 203
āļāļāļāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļ F (s) āļāļL â1
{s2 + 9s + 2
(sâ 1)2(s + 3)
}= L â1
{2
sâ 1+
3(sâ 1)2
â 1s + 3
}
= L â1
{2
sâ 1
}+ L â1
{3
(sâ 1)2
}
âL â1
{1
s + 3
}
= 2L â1
{1
sâ 1
}+ 3L â1
{1
(sâ 1)2
}
âL â1
{1
s + 3
}
= 2ex + 3exL â1
{1s2
}â eâ3x
= 2ex + 3xex â eâ3x
āđāļāļāļēāļāļāļĢāļ āđāļĢāļēāđāļĄāļāļēāļāđāļĒāļāļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļāļāļāļāļāļ Q(s) (āļŠāļ§āļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļĢāļāļĒāļ°) āđāļŦāļāļĒāđāļāļĢāļQ(s) = (sâ r1)m1(sâ r2)m2 · · · (sâ rn)mn
āļāļāđāļāļāļĢāļāļāļāļāļāļĨāļāļāļāļāļāļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļ (sâri), i = 1, . . . , n āđāļ āđāļāļāļēāļāļāļ§āļē Q(s) āļĄāļāļāļ (sâÎą)2 +
Îē2 āđāļāļāļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļāđāļĢāļēāļāļēāļāļāļ°āļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļŦāļēāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļ āļāļāļāļāļāļāļāļ P (s)Q(s)āđāļ āđāļāļĒāļāļē
Q(s) = (sâ r1)m1 · · · (sâ rn1)mn1
((sâ Îą1)2 + Îē1
2)Îģ1 · · · ((sâ Îąn2)
2 + Îēn22)Îģn2
āđāļāļ§āļēP (s)Q(s)
=A11
sâ r1+
A12
(sâ r1)2+ · · ·+ A1m1
(sâ r1)m1
+A21
sâ r2+
A22
(sâ r2)2+ · · ·+ A2m2
(sâ r2)m2
...+
An11
sâ rn1
+An12
(sâ rn1)2+ · · ·+ An1mn1
(sâ rn1)mn1
+B11x + C11
(sâ Îą1)2 + Îē12 +
B12x + C12((sâ Îą1)2 + Îē1
2)2 + · · ·+ B1Îģ1x + C1Îģ1(
(sâ Îą1)2 + Îē12)Îģ1
+B21x + C21
(sâ Îą2)2 + Îē22 +
B22x + C22((sâ Îą2)2 + Îē2
2)2 + · · ·+ B2Îģ2x + C2Îģ2(
(sâ Îą2)2 + Îē22)Îģ2
...+
Bn21x + Cn21
(sâ Îąn2)2 + Îēn22 +
Bn22x + Cn22((sâ Îąn2)2 + Îēn2
2)2 + · · ·+ Bn2Îģ1x + Cn2Îģ1(
(sâ Îąn2)2 + Îēn22)Îģn2
204 āļāļāļ 5. āļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļ
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 5.16. āļāļāļŦāļēāļāļēL â1
{2s2 + 10s
(s2 â 2s + 5)(s + 1)
}
āļ§āļāļāļģ āđāļāļāļāļāļēāļāđāļĢāļēāđāļĄāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļĒāļāļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļāļāļŦāļāļēāļĄ f(s) = s2 â 2s + 5 āđāļ āļāļāļāļāđāļĢāļēāļāļāļĢāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļĢāļāļĒāļ°āđāļŦāļĄāđāļāļ
2s2 + 10s
(s2 â 2s + 5)(s + 1)=
As + B
s2 â 2s + 5+
C
s + 1
āđāļĄāļ A, B āđāļĨāļ° C āđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļ, āđāļāļāļāļāļēāļ2s2 + 10s
(s2 â 2s + 5)(s + 1)=
As + B
s2 â 2s + 5+
C
s + 1
=(As + B)(s + 1) + C(s2 â 2s + 5)
(s2 â 2s + 5)(s + 1)
āđāļĄāļāļāļģ (s2 â 2s + 5)(s + 1) āļāļāļāļāļŠāļāļāļāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ āļāļāļ°āđāļ
2s2 + 10s = (As + B)(s + 1) + C(s2 â 2s + 5)
āđāļāļāļāļ°āļāļģāļāļāļāļāļāļāļĄāļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļ (s + 1) āđāļŦ s = â1 āļāļ°āđāļāļ§āļē
2(â1)2 + 10(â1) = [A(â1) + B] (â1 + 1) + C[(â1)2 â 2(â1) + 5
]
â8 = 0 + C(8)
= 8C
āļāļāļāļ C = â1 āđāļĨāļ°āđāļāļāļģāļāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļ āđāļŦ s = 0
2(0)2 + 10(0) = [A(0) + B] (0 + 1)â [(0)2 â 2(0) + 5
]
0 = B â 5
āđāļ B = 5 āđāļĨāļ°āļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļē A āđāļāļāļāļ§āļēāļĄāļŠāļ°āļāļ§āļāļāļ°āđāļŦ s = 1
2(1)2 + 10(1) = [A(1) + 5] (1 + 1)â [(1)2 â 2(1) + 5
]
12 = 2A + 10â 4
6 = 2A
5.3. āđāļāļāļāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļ 205
āđāļĨāļ°āđāļ A = 3 āđāļāļĢāļēāļ°āļāļ°āļāļ2s2 + 10s
(s2 â 2s + 5)(s + 1)=
3s + 5s2 â 2s + 5
+â1
s + 1
=3s + 5
s2 â 2s + 5â 1
s + 1
āļāļāļāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļ F (s) āļāļL â1
{2s2 + 10s
(s2 â 2s + 5)(s + 1)
}= L â1
{3s + 5
s2 â 2s + 5â 1
s + 1
}
= L â1
{3s + 5
s2 â 2s + 5
}âL â1
{1
s + 1
}
= L â1
{3s + 5
(s2 â 2 · 1s + 12) + 4
}â eâx
= L â1
{3s + 5
(sâ 1)2 + 22
}â eâx
= L â1
{3s + (3â 3) + 5
(sâ 1)2 + 22
}â eâx
= L â1
{(3sâ 3) + (5 + 3)
(sâ 1)2 + 22
}â eâx
= L â1
{3(sâ 1) + 8(sâ 1)2 + 22
}â eâx
= 3L â1
{(sâ 1)
(sâ 1)2 + 22
}+ L â1
{8
(sâ 1)2 + 22
}â eâx
= 3L â1
{(sâ 1)
(sâ 1)2 + 22
}+ 4L â1
{2
(sâ 1)2 + 22
}â eâx
= 3exL â1
{s
s2 + 22
}+ 4exL â1
{2
s2 + 22
}â eâx
= 3ex cos(2x) + 4ex sin(2x)â eâx
206 āļāļāļ 5. āļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļ
āđāļāļāļāļāļŦāļ1. āļāļāļŦāļēāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļ
(a) 30s4
(b) 3s + 8
(c) 1s3
+6
s2 + 4
(d) 1s2 + s
(e) 4s2 + 9
(f) s
s(sâ 3)
(g) 1s(s2 â 9)
(h) 1s2(s2 â a2)
(i) 1s2 â s4
(j) 1s2(s2 + 1)
(k) 3(s + 5)8
(l) 1s(s + 1)(s + 2)
(m) 2s2 + 3sâ 4
(n) 2s + 2s2 + 2s + 1
(o) 2sâ 3s2 â 4
(p) 2s
s2 â sâ 6
(q) 1s3 + 5s2
(r) 1s4 â 8s2 + 16
2. āļāļāļŦāļēL â1 {F (s)} āđāļĄāļ(a) F (s) =
1s2 + 4s + 8
(b) F (s) =2s + 16
s2 + 4s + 13
(c) F (s) =3sâ 15
2s2 â 4s + 10
(d) F (s) =sâ 1
2s2 + sâ 6
(e) F (s) =s + 1
s2 + 2s + 10
(f) F (s) =s
s2 + sâ 2
(g) F (s) =1
(sâ 3)(s2 + 2s + 2)
(h) s2F (s)â 4F (s) =5
s + 1
(i) sF (s)â 4F (s) =s
s2 + 1
(j) s2F (s) + sF (s)â 6F (s) =s2 + 4s2 + s
(k) sF (s)â 2F (s) =10s2 + 12s + 14
s2 â 2s + 2
(āļāļāļģāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļŦāļāļāļŦāļāļē ??)
5.4. āļāļēāļĢāļāļĢāļ°āļĒāļāļāđāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāđāļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļ 207
5.4 āļāļēāļĢāļāļĢāļ°āļĒāļāļāđāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāđāļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļāļāļēāļāļāļĪāļĐāļāļāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļ 5.4 āđāļĨāļ° 5.5 āđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļģāļĄāļēāļāļĢāļ°āļĒāļāļāđāļāđāļāļāđāļ
āļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļāđāļ āļāļ§āļāļĒāļēāļāđāļāļāļāļ§āļāļĒāļēāļ 5.17. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļāļĒāļāļēāļĢāļāļĢāļ°āļĒāļāļāđāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļ
yâēâē â yâē â 2y = 0, y(0) = 1, yâē(0) = 0 (5.20)āļ§āļāļāļģ āđāļĄāļāđāļĢāļēāļŦāļēāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļŠāļāļāļāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (5.20) āļāļāļ°āđāļāļ§āļē
L {yâēâē â yâē â 2y} = L {0}
āđāļāļĒāļāļāļŠāļĄāļāļāļāļāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļ āđāļĢāļēāđāļāļ§āļēL {yâēâē â yâē â 2y} = L {yâēâē} âL {yâē} âL {2y}
=[s2L {y} â sy(0)â yâē(0)
]â [sL {y} â y(0)]â 2L {y}
= (s2 â sâ 2)L {y} â s(1)â 0 + 1
= (s2 â sâ 2)L {y} â s + 1
āđāļāļāļāļāļēāļL {0} = 0 āļāļāļāļ āđāļĢāļēāđāļ(s2 â sâ 2)L {y} â s + 1 = 0
āđāļŦ Y (s) = L {y} āđāļĄāļāļāļāļĢāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļŦāļĄ āļāļ°āđāļ(s2 â sâ 2)Y (s) = sâ 1
Y (s) =sâ 1
s2 â sâ 2
āđāļāļāļāļāļēāļ Y (s) = L {y} āļāļāļāļ y(x) = L â1{Y (s)}
y(x) = L â1
{sâ 1
s2 â sâ 2
}
āļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļāļāļāļ sâ 1s2 â sâ 2
āđāļĢāļēāļāļ°āļāļģāđāļāđāļāļĒāļāļēāļĢāđāļĒāļāđāļĻāļĐāļŠāļ§āļāļĒāļāļĒsâ 1
s2 â sâ 2=
sâ 1(s + 1)(sâ 2)
=A
s + 1+
B
sâ 2
208 āļāļāļ 5. āļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļ
āđāļĄāļāļāļāļāļāļŠāļāļāļāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļ§āļĒ (s + 1)(sâ 2) āđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢsâ 1 = A(sâ 2) + B(s + 1)
āđāļŦ s = â1 āđāļĢāļēāđāļ(â1)â 1 = A(â1â 2) + B(â1 + 1)
â2 = â3A
āđāļ A =23āđāļĨāļ° āđāļĄāļāđāļŦ s = 2 āđāļ
(2)â 1 = A(2â 2) + B(2 + 1)
1 = 3B
āđāļ B =13āļāļāļāļģāđāļŦāđāļĢāļēāđāļāļ§āļē āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļ (5.20) āļāļ
y(x) = L â1
{sâ 1
s2 â sâ 2
}= L â1
{2
3(s + 1)+
13(sâ 2)
}
=23L â1
{1
(s + 1)
}+
13L â1
{1
sâ 2
}
=23eâx +
13e2x
āļāļēāļāļāļ§āļāļĒāļēāļāļāļāļēāļāļĄāļēāđāļāļāļāļēāļĢāļāļĢāļ°āļĒāļāļāđāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļ āļāļ§āļāļĒāļēāļāļāļāļ°āļāļĨāļēāļ§āļāļāļāļāđāļāļāļāļŠāļāļāļāļ§āļāļĒāļēāļ āļāļ°āđāļāļāļāļ§āļāļĒāļēāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ āđāļāļĒāļāļēāļĢāđāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļ§āļāļĒāļēāļ 5.18. āļāļāđāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļ
yâēâē â 2yâē + 5y = â8eâx, y(0) = 2, yâē(0) = 12 (5.21)āļ§āļāļāļģ āđāļĄāļāđāļĢāļēāļŦāļēāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļŠāļāļāļāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (5.21) āļāļāļ°āđāļ
L {yâēâē â 2yâē + 5y} = L{â8eâx
}
āđāļāļĒāļāļāļŠāļĄāļāļāļāļāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļ āđāļĢāļēāđāļāļ§āļēL {yâēâē â 2yâē + 5y} = L {yâēâē} â 2L {yâē}+ 5L {y}
=[s2L {y} â sy(0)â yâē(0)
]â 2 [sL {y} â y(0)] + 5L {y}
= (s2 â 2s + 5)L {y} â s(2)â 12 + 2(2)
= (s2 â 2s + 5)L {y} â 2sâ 8
5.4. āļāļēāļĢāļāļĢāļ°āļĒāļāļāđāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāđāļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļ 209
āđāļāļāļāļāļēāļL {â8eâx} = â8L
{eâx
}
=â8
s + 1
āđāļĄāļāđāļŦ Y (s) = L {y} āđāļĢāļēāļāļ°āđāļ(s2 â 2s + 5)Y (s)â 2sâ 8 =
â8s + 1
āđāļĨāļ°āđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļāļĢāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļŦāļĄāđāļāđāļāļY (s) =
2s + 8s2 â 2s + 5
â 8(s + 1)(s2 â 2s + 5)
=(2s + 8)(s + 1)â 8(s + 1)(s2 â 2s + 5)
=2s2 + 10s
(s + 1)(s2 â 2s + 5)
āļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļy(x) = L â1
{2s2 + 10s
(s + 1)(s2 â 2s + 5)
}
āđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļāļ§āļāđāļĒāļāđāļĻāļĐāļŠāļ§āļāļĒāļāļĒāđāļāļāļāļ§āļĒāđāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļāđāļ āļāļāļāļ2s2 + 10s
(s + 1)(s2 â 2s + 5)=
A
s + 1+
Bs + C
s2 â 2s + 5
āđāļĄāļāļāļāļāļ§āļĒ (s + 1)(s2 â 2s + 5) āļāļāļŠāļāļāļāļēāļ āļāļāļ°āđāļ2s2 + 10s = A(s2 â 2s + 5) + (Bs + C)(s + 1)
āđāļĄāļ s = â1 āđāļ2(â1)2 + 10(â1) = A
[(â1)2 â 2(â1) + 5
]+ (Bs + C)(â1 + 1)
â8 = 8A + 0
āđāļ A = â1 āđāļĨāļ°āđāļĄāļ s = 0 āđāļ0 = â1(0â 0 + 5) + (0 + C)(0 + 1)
0 = â5 + C
210 āļāļāļ 5. āļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļ
āđāļ C = 5 āđāļĨāļ°āđāļĄāļ s = 1 āđāļ
2 + 10 = â1(1â 2 + 5) + (B + 5)(1 + 1)
12 = â4 + 2B + 10
6 = 2B
āđāļ B = 3 āļāļāļāļ°āļāļāļĢāļāļāļāļāļĢāļāđāļāđāļāļ2s2 + 10s
(s + 1)(s2 â 2s + 5)=
â1s + 1
+3s + 5
s2 â 2s + 5
=â1
s + 1+
3s + (â3 + 3) + 5s2 â 2s + 1 + 4
=â1
s + 1+
(3sâ 3) + (3 + 5)(sâ 1)2 + 22
=â1
s + 1+
3sâ 3(sâ 1)2 + 22
+8
(sâ 1)2 + 22
= â 1s + 1
+ 3(sâ 1)
(sâ 1)2 + 22+ 4
2(sâ 1)2 + 22
āļāļāļāļ
y(x) = L â1
{â 1
s + 1+ 3
(sâ 1)(sâ 1)2 + 22
+ 42
(sâ 1)2 + 22
}
= âL â1
{1
s + 1
}+ 3L â1
{(sâ 1)
(sâ 1)2 + 22
}+ 4L â1
{2
(sâ 1)2 + 22
}
= âeâx + 3exL â1
{s
s2 + 22
}+ 4exL â1
{2
s2 + 22
}
= âeâx + 3ex cos 2x + 4ex sin 2x
āļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļāļŦāļāļēāļāļāļāļ (5.21) āļāļ
y(x) = âeâx + 3ex cos 2x + 4ex sin 2x
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 5.19. āļāļāđāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļ
yâēâē + y = x, y(0) = 1, yâē(0) = â2
āļ§āļāļāļģ āđāļĄāļāđāļĢāļēāļŦāļēāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļŠāļāļāļāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ āļāļāļ°āđāļ
L {yâēâē + y} = L {x}
5.4. āļāļēāļĢāļāļĢāļ°āļĒāļāļāđāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāđāļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļ 211
āđāļāļĒāļāļāļŠāļĄāļāļāļāļāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļ āđāļĢāļēāđāļāļ§āļēL {yâēâē + y} = L {yâēâē}+ L {y}
=[s2L {y} â sy(0)â yâē(0)
]+ L {y}
= (s2 + 1)L {y} â s(1)â (â2)
= (s2 + 1)L {y} â s + 2
āđāļāļāļāļāļēāļL {x} =
1s2
āđāļĄāļāđāļŦ Y (s) = L {y} āđāļĢāļēāļāļ°āđāļ(s2 + 1)Y (s)â s + 2 =
1s2
āđāļĨāļ°āđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļāļĢāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļŦāļĄāđāļāđāļāļY (s) =
sâ 2s2 + 1
+1
s2(s2 + 1)
=s
s2 + 1â 2
s2 + 1+
1s2â 1
s2 + 1
=s
s2 + 1+
1s2â 3
s2 + 1
āļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļy(x) = L â1{ s
s2 + 1+
1s2â 3
s2 + 1}
= L â1{ s
s2 + 1}+ L â1{ 1
s2} â 3L â1{ 1
s2 + 1}
= cos x + xâ 3 sin x
āļāļāļāļāļēāļāļ āđāļĢāļēāļāļēāļāļāļ°āļāļĢāļ°āļĒāļāļāđāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļ āļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļ āđāļāđāļāļāļāļāļāļ§āļāļĒāļēāļ 5.20. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļ
yâēâē + 9y = cos 2x, y(0) = 1, y(Ï
2) = â1 (5.22)
āļ§āļāļāļģ āđāļāļāļāļāļēāļāđāļĢāļēāļĒāļāđāļĄāļāļĢāļēāļāļāļēāļāļāļ yâē(0) āļāļāļāļ āđāļĢāļēāļāļ°āļŠāļĄāļĄāļāđāļŦyâē(0) = c
212 āļāļāļ 5. āļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļ
āđāļĄāļ c āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āļāļēāļāļāļģāļāļ§āļ āđāļĨāļ°āđāļāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ āļāļ
L {yâēâē + 9y} = L {cos 2x}
āđāļāļĒāļāļāļŠāļĄāļāļāļāļāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļ āđāļĢāļēāđāļāļ§āļē
L {yâēâē + 9y} = L {yâēâē}+ 9L {y}
=[s2L {y} â sy(0)â yâē(0)
]+ 9L {y}
= (s2 + 9)L {y} â s(1)â c
= (s2 + 9)L {y} â sâ c
āđāļāļāļāļāļēāļL {cos 2x} =
s
s2 + 22=
s
s2 + 4
āđāļĄāļāđāļŦ Y (s) = L {y} āđāļĢāļēāļāļ°āđāļ
(s2 + 9)Y (s)â sâ c =s
s2 + 4
āđāļĨāļ°āđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļāļĢāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļŦāļĄāđāļāđāļāļ
Y (s) =s + c
s2 + 9+
s
(s2 + 9)(s2 + 4)
=s
s2 + 9+
c
s2 + 9+
s
5(s2 + 4)â s
5(s2 + 9)
=45
(s
s2 + 9
)+
c
3
(3
s2 + 9
)+
15
(s
s2 + 4
)
=45
(s
s2 + 32
)+
c
3
(3
s2 + 32
)+
15
(s
s2 + 22
)
āļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļ
y(x) = L â1
{45
(s
s2 + 32
)+
c
3
(3
s2 + 32
)+
15
(s
s2 + 22
)}
=45L â1
{s
s2 + 32
}+
c
3L â1
{3
s2 + 32
}+
15L â1
{s
s2 + 22
}
=45
cos 3x +c
3sin 3x +
15
cos 2x
5.4. āļāļēāļĢāļāļĢāļ°āļĒāļāļāđāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāđāļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļ 213
āđāļāļāļāļāļēāļ y(Ï
2) = â1 āđāļĄāļāđāļāļāļāļēāđāļĢāļēāđāļāļ§āļē
y(Ï
2) = â1 =
45
cos3Ï
2+
c
3sin
3Ï
2+
15
cosÏ
=45(0) +
c
3(â1) +
15(â1)
= â c
3â 1
5
āđāļĄāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ āļāļāļ°āđāļ c =125
āļāļāļāļ āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļ (5.22) āļāļy(x) =
45
cos 3x +45
sin 3x +15
cos 2x
214 āļāļāļ 5. āļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļ
āđāļāļāļāļāļŦāļāļāļāļāļĢāļ°āļĒāļāļāđāļāļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļāļāļāđāļāļ
1. yâēâē â 2yâē + 2y = 0, y(0) = 0, yâē(0) = 1
2. yâēâē â 4yâē + 4y = 0, y(0) = 1, yâē(0) = 1
3. yâēâē â 2yâē â 2y = 0, y(0) = 2, yâē(0) = 0
4. yâēâē + 2yâē + 5y = 0, y(0) = 2, yâē(0) = â1
5. y(4) â 4yâēâēâē + 6yâēâē â 4yâē + y = 0, y(0) = 0, yâē(0) = 1, yâēâē(0) = 0, yâēâēâē(0) = 1
6. yâēâē â 2yâē + 2y = cosx, y(0) = 1, yâē(0) = 0
7. yâēâē â 2yâē + 2y = eâx, y(0) = 0, yâē(0) = 1
8. yâēâē + 2yâē + y = 4eâx, y(0) = 2, yâē(0) = â1
9. yâēâē â 6yâē + 8y = 2, y(0) = 0, yâē(0) = 0
10. yâēâē + 4yâē + 13y = xeâx, y(0) = 0, yâē(0) = 2
11. y(4) + 2yâēâē + y = e2x, y(0) = yâē(0) = yâēâē(0) = yâēâēâē(0) = 0
(āļāļāļģāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļŦāļāļāļŦāļāļē ??)
āļāļāļ 6āļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļĢāļāļāļāļāļĢāļĄāļāļģāļĨāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāđāļāđāļāļāļŦāļēāļāļāļēāļāļĄāļē āđāļāļāļĨāļēāļ§āļāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļāđāļŠāļ āļāļāđāļāļāļāļāļ āđāļĨāļ°āđāļĄāđāļāļāļāļāļāļŠāļāđāļāļāđāļāļ§āļēāļ§āļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļŠāļ§āļāđāļŦāļ āļāļ°āđāļāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļŠāļ āļāļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§ āđāļĨāļ° āļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļŠāļ āļāļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāđāļĄāđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§ āđāļŦāļāļĒāđāļāļĢāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļŦāļĄ āļāļāđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļŠāļāļāļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāļāļāļēāļāļāļāļ§ (āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļ-āļāļāļĒāđāļĨāļāļĢ)āđāļāļāļēāļĢāļĻāļāļĐāļēāđāļĢāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļ āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļŠāļāļāļāļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§ āđāļāļ
āđāļāļĒāļāļĢāļāđāļāļāļŦāļāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļēāļāļ āļŠāļģāļŦāļĢāļāđāļāļāļŦāļēāđāļāļāļāļ āļāļ°āļāļĒāļēāļĒāđāļāļ§āļāļ§āļēāļĄāļāļāđāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļ āđāļāļĒāļāļēāļĢāļāļāļēāļĢāļāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļŦāļāļĒāđāļāļĢāļâāļāļāļāļĢāļĄāļāļģāļĨāļâ āļāļāļ§āļāļāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļģāđāļāđāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ āđāļāļŦāļĨāļēāļāļŦāļĨāļēāļĒāļĢāļāđāļāļāļāļ āđāļāļĒāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļģāđāļāļāļĢāļ°āļĒāļāļāđāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļŠāļ āļāļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§ āđāļĨāļ° āļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāđāļĄāđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļāļāļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāđāļĄāđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āļāļ āļāļāļēāļāļāļēāļ
āļāļ°āļāļĢāļ°āļĒāļāļāđāļāļāļāļāļāļāļ§āļāļāļēāļĢāđāļāļĢāļāļāļāļāļāļāļ§āđāļāļĢāđāļŠāļĢāļĄāđāļāļēāļĄāļēāļāļ§āļĒāļāļāļ1. āļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļ yh āđāļāļĒāđāļāļ§āļāļāļāļēāļĢāļāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļŦāļāļĒāđāļāļĢāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļĄāļāļģāļĨāļ2. āđāļāļāļāļāļāļāļ§āļāļāļēāļĢāđāļāļĢāļāļāļāļāļāļāļ§āđāļāļĢāđāļŠāļĢāļĄāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļāļēāļ° yp
3. āļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ§āđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļāļāļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāđāļāļāļāļ§āđāļāļĢāļāļ°āļāļĒāđāļāļĢāļy = yh + yp
215
216 āļāļāļ 6. āļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļĢāļāļāļāļāļĢāļĄāļāļģāļĨāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ
6.1 āļāļāļāļĒāļēāļĄāđāļĨāļ°āļāļĪāļĐāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļĄāļāļģāļĨāļāļāļāļāļĒāļēāļĄ 6.1. āđāļĢāļēāđāļĢāļĒāļāļĢāļāđāļāļāļāļāļāļĢāļĄāļāļāļāļ1
ââ
m=0
am(xâ x0)m = a0 + a1(xâ x0) + a2(xâ x0)2 + · · · , (6.1)
āļ§āļēāļāļāļāļĢāļĄāļāļģāļĨāļāļāļāļ x āļĢāļāļāļāļ x0 (power series of x around point x0), āđāļĄāļ a0, a1, a2, . . . āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ āđāļĨāļ°
âĒ āđāļĢāļĒāļ a0, a1, a2, . . . āļ§āļēāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļĄ
âĒ āđāļĢāļĒāļ x0 āļ§āļēāļāļāļĻāļāļĒāļāļĨāļēāļ
âĒ x āļāļ āļāļ§āđāļāļĢ
āļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļĢāļ x0 = 0 āđāļĢāļēāđāļĢāļĒāļāļāļāļāļĢāļĄāļāļāļāļââ
m=0
amxm = a0 + a1x + a2x2 + · · · , (6.2)
āļ§āļēāļāļāļāļĢāļĄāļāļģāļĨāļāļāļāļ x
āļŦāļĄāļēāļĒāđāļŦāļ
1. ââ
m=1
am(xâ x0)m = limMââ
Mâ
m=1
am(xâ x0)m
2. āđāļāļāļāļ§āļēāļĄāļŠāļ°āļāļ§āļ āđāļĢāļēāļāļģāļŦāļāļāđāļŦ (x â x0)0 āļāļāđāļāļāļāļāļāđāļĢāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļĄââ
m=0
am(xâ x0)m
āļĄāļāļēāđāļāļ 1 āđāļĄāļ§āļē x = x0 āļāļāļēāļĄ (āđāļĨāļ°āđāļāļāļģāļāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļ āļāļāļ x0 āļāļāļāļāļāļāļĢāļĄ ââ
m=0
amxm āđāļĢāļēāļāļāļ°āļāļģāļŦāļāļāđāļŦāļĄāļāļēāđāļāļ 1)
3. āđāļāļāļēāļĢāļĻāļāļĐāļēāđāļĢāļāļāļāļāļāļĢāļĄāļāļģāļĨāļ āļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļĄ āļāļēāļāļāļ°āđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļāļŦāļĢāļāļāļģāļāļ§āļ-āđāļāļāļāļāļ āļāđāļ āļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļēāļĢāļĻāļāļĐāļēāđāļĢāļāļāļāļāļāļĢāļĄāļāļģāļĨāļāđāļāļāļāļ āļāļ°āļāļģāļŦāļāļāđāļŦāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļĄ āđāļāļāļāļģāļāļ§āļāļāļĢāļāđāļāļēāļāļ1āļāđāļĢāļāļââāļāļāļāļĢāļĄāļāļāļāļââāđāļ [2, 13]
6.1. āļāļāļāļĒāļēāļĄāđāļĨāļ°āļāļĪāļĐāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļĄāļāļģāļĨāļ 217
4. āđāļāđāļāļāļŠāļēāļĢāļāļēāļāļāļāļ āļāļēāļāļāļ°āļāļģāļŦāļāļāļĢāļāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļĄāļāļģāļĨāļāđāļŦāļāļĢāļ°āļāļāļāļāļ§āļĒāļāļāļ1
xâ x0,
1(xâ x0)2
,1
(xâ x0)3, . . .
āđāļāļââ
m=ââam(xâ x0)m
= · · ·+ aâ2(xâ x0)â2 + aâ1(xâ x0)â1 + a0 + a1(xâ x0) + a2(xâ x0)2 + · · ·
= · · ·+ aâ2
(xâ x0)2+
aâ1
xâ x0+ a0 + a1(xâ x0) + a2(xâ x0)2 + · · ·
āđāļāđāļāļāļŦāļēāđāļāļāļāļāļāļ°āļāļĨāļēāļ§āļāļāļāļāļāļĢāļĄāļāļģāļĨāļāļāļĄāđāļāļāļēāļ°āļāļāļ 1, x â x0, (x â x0)2, (x â x0)3,. . . āđāļāļēāļāļ5. āđāļāļāļāļ§āļēāļĄāļŠāļ°āļāļ§āļ āļāļ°āļāļāđāļĢāļĒāļ âāļāļāļāļĢāļĄāļāļģāļĨāļāļāļāļ x āļĢāļāļāļāļ x0â āđāļĨāļ° âāļāļāļāļĢāļĄāļāļģāļĨāļāļāļāļ xâāļ§āļēâāļāļāļāļĢāļĄāļāļģāļĨāļâ
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 6.1. āļāļ§āļāļĒāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļ āļāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļāļĒāļāđāļāđāļāļĢāļāļāļāļāļĢāļĄāļāļģāļĨāļâĒ 1
1â x=
ââ
m=0
xm = 1 + x + x2 + · · · āđāļĄāļ |x| < 1
āļāļāļāļĢāļĄāļāļģāļĨāļāļāļĄāļāļāļĻāļāļĒāļāļĨāļēāļ x0 = 0
āļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļĄ a0 = 1, a1 = 1, a2 = 1, . . .
āļāļāļāļĢāļĄāļāļģāļĨāļāļāļĄāļāļāđāļĢāļĒāļāđāļāļāļēāļ°āļāļ āļāļāļāļĢāļĄāđāļĢāļāļēāļāļāļ (geometric series)âĒ ex =
ââ
m=0
xm
m!= 1 + x +
x2
2!+
x3
3!+ · · ·
āļāļāļāļĢāļĄāļāļģāļĨāļāļāļĄāļāļāļĻāļāļĒāļāļĨāļēāļ x0 = 0
āļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļĄ a0 =10!
= 1, a1 =11!
= 1, a2 =12!
=12, . . .
âĒ cosx = 1â x2
2!+
x4
4!â x6
6!+
x8
8!â+ · · ·
āļāļāļāļĢāļĄāļāļģāļĨāļāļāļĄāļāļāļĻāļāļĒāļāļĨāļēāļ x0 = 0
āļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļĄ am =
(â1)m/2
m!āđāļĄāļm = 0, 2, 4, . . .
0 āđāļĄāļm = 1, 3, 5, . . .
âĒ cosx = â(xâ Ï
2) +
13!
(xâ Ï
2)3 â 1
5!(xâ Ï
2)5 +
17!
(xâ Ï
2)7 â+ · · ·
218 āļāļāļ 6. āļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļĢāļāļāļāļāļĢāļĄāļāļģāļĨāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ
āļāļāļāļĢāļĄāļāļģāļĨāļāļāļĄāļāļāļĻāļāļĒāļāļĨāļēāļ x0 =Ï
2
āļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļĄ am =
0 āđāļĄāļm = 0, 2, 4, . . .
(â1)(m+1)/2
m!āđāļĄāļm = 1, 3, 5, . . .
âĒ sinx = xâ x3
3!+
x5
5!â x7
7!+
x9
9!â+ · · ·
āļāļāļāļĢāļĄāļāļģāļĨāļāļāļĄāļāļāļĻāļāļĒāļāļĨāļēāļ x0 = 0
āļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļĄ am =
0 āđāļĄāļm = 0, 2, 4, . . .
(â1)(mâ1)/2
m!āđāļĄāļm = 1, 3, 5, . . .
âĒ sinx = 1â 12!
(xâ Ï
2)2 +
14!
(xâ Ï
2)4 â 1
6!(xâ Ï
2)6 +â · · ·
āļāļāļāļĢāļĄāļāļģāļĨāļāļāļĄāļāļāļĻāļāļĒāļāļĨāļēāļ x0 =Ï
2
āļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļĄ am =
(â1)m/2
m!āđāļĄāļm = 0, 2, 4, . . .
0 āđāļĄāļm = 1, 3, 5, . . .
âĒ lnx = (xâ 1)â (xâ 1)2
2+
(xâ 1)3
3â (xâ 1)4
4+â · · ·
āļāļāļāļĢāļĄāļāļģāļĨāļāļāļĄāļāļāļĻāļāļĒāļāļĨāļēāļ x0 = 1
āļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļĄ am =
0 āđāļĄāļm = 0(â1)m+1
māđāļĄāļm = 1, 2, 3, . . .
6.1. āļāļāļāļĒāļēāļĄāđāļĨāļ°āļāļĪāļĐāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļĄāļāļģāļĨāļ 219
āļāļāļāļĢāļĄāļāļģāļĨāļāļāļāļ°āļāļģāļĄāļēāđāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļ°āļāļģāļŦāļāļāđāļŦāļĄāļāļāļŠāļĄāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļāļāļŠāļģāļāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļĄāļāļģāļĨāļ
1. āļāļāļāļĢāļĄāļāļģāļĨāļ ââ
m=0
am(xâ x0)m āļĨāđāļāļēāļāļ āđ āļāļ x â I āđāļĄāļ I āđāļāļāļāļ§āļāļāļāļāļēāļĢāļāļēāļŦāļĢāļāļāļĨāļēāļ§āļāļāļāļĒāļēāļāļŦāļāļāļāļ
limMââ
Mâ
m=0
am(xâ x0)m
āļŦāļēāļāļēāđāļāļāļ āđ x â I
2. āļāļēāļāļāļāļĢāļĄāļāļģāļĨāļ ââ
m=0
am(xâ x0)m āļĨāđāļāļē āļāļ āđ x â I1 āđāļĨāļ°ââ
m=0
bm(xâ x0)m āļĨāđāļāļē āļāļ āđx â I2 āđāļĨāļ§ āļāļĨāļāļ§āļāđāļĨāļ°āļāļĨāļāļēāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļāļāļāļāļĢāļĄāļāļ
ââ
m=0
am(xâ x0)m Âąââ
m=0
bm(xâ x0)m =ââ
m=0
(am Âą bm)(xâ x0)m,
āļāļāļāļāļāļĢāļĄāļāļāļ°āļĨāđāļāļē āļāļ āđ x â I1 âĐ I2
3. āđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļŦāļēāļāļĨāļāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļĄāđāļāļāļāļ[ ââ
m=0
am(xâ x0)m
][ ââ
m=0
bm(xâ x0)m
]=
ââ
m=0
cm(xâ x0)m,
āļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļ āđ x â I1 âĐ I2 āđāļāļĒāļcm = a0bm + a1bmâ1 + · · ·+ amb0
4. āļāļēāļĢāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļ āđāļĄāļāļģāđāļŦāļāļēāļāļāļāļāļāļāļĢāļĄāđāļāļĨāļĒāļââ
m=0
am(xâ x0)m =ââ
j=0
aj(xâ x0)j
5. āļāļēāļĢāđāļĨāļāļāļāļēāļāļāļāļāļāļ āđāļĄāļāļģāđāļŦāļāļēāļāļāļāļāļāļāļĢāļĄāđāļāļĨāļĒāļââ
m=k
am(xâ x0)m =ââ
m=0
am+k(xâ x0)m+k
6. āļāļēââ
m=0
am(xâ x0)m =ââ
m=0
bm(xâ x0)m,
220 āļāļāļ 6. āļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļĢāļāļāļāļāļĢāļĄāļāļģāļĨāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ
āļāļ āđ x â I āđāļĨāļ§an = bn, n = 0, 1, 2, . . .
āđāļĨāļ°āļāļēââ
m=0
am(xâ x0)m = 0,
āļāļ āđ x â I āđāļĨāļ§a0 = a1 = a2 = · · · = 0
7.d
dx
[ ââ
m=0
am(xâ x0)m
]= a1 + 2a2(xâ x0) + · · ·+ mam(xâ x0)mâ1 + · · ·
=ââ
m=1
mam(xâ x0)mâ1
d2
dx2
[ ââ
m=0
am(xâ x0)m
]= 2a2 + 6(xâ x0) + · · ·+ (mâ 1)mam(xâ x0)mâ2 + · · ·
=ââ
m=2
m(mâ 1)am(xâ x0)mâ2
...dk
dxk
[ ââ
m=0
am(xâ x0)m
]=
ââ
m=k
m(mâ 1) · · · (mâ k + 1)am(xâ x0)mâk
8. āļāļēāļāļāļāļāļ f(x) āļŦāļēāļāļāļāļāļāļĢāļāļāļāļ x0 āđāļāļāļ āđ āļāļāļāļ āđāļĨāļ°āļāļāļāļāļāļāļŦāļēāđāļāļāļāđāļāļāļ āđāļĢāļēāđāļĢāļĒāļāļāļāļāļĢāļĄāļāļģāļĨāļ
ââ
m=1
f (m)(x0)m!
(xâ x0)m (6.3)
āļ§āļēāļāļāļāļĢāļĄāđāļāļĒāđāļĨāļāļĢ 2 (Taylor series) āļāļāļāļāļāļāļāļ f āļĢāļāļāļāļ x0
āļāļēāļāļāļāļĢāļĄāļāļĨāđāļāļēāđāļāļāļ§āļ x â I āļāļ°āđāļāļ§āļē
f(x) =ââ
m=1
f (m)(x0)m!
(xâ x0)m, x â I
2āļāđāļĢāļāļāļāļāļāļĢāļĄāđāļāļĒāđāļĨāļāļĢāđāļāļāļāļ ?? āļŦāļāļē ??
6.2. āļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļĒāđāļāļāļāļāļĢāļĄāļāļģāļĨāļ 221
6.2 āļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļĒāđāļāļāļāļāļĢāļĄāļāļģāļĨāļāđāļāļāļēāļĢāļĻāļāļĐāļēāđāļĢāļāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļĒāđāļāļāļāļāļĢāļĄāļāļģāļĨāļ āļāļ°āļĄāļāļāļāļāļāđāļ
āļāļēāļĢāđāļāļāļāļŦāļēāļāļāļāļāđāļāļ
āļāļāļāļāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļĒāđāļāļāļāļāļĢāļĄāļāļģāļĨāļ1. āļŠāļĄāļĄāļāđāļŦāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļĒāđāļāļĢāļ
y = a0 + a1x + a2x2 + a3x
3 + · · ·
āļŦāļĢāļ āļāļēāļāļāļ°āļŠāļĄāļĄāļāđāļŦ y = a0 + a1(x â x0) + a2(x â x0)2 + a3(x â x0)3 + · · · āļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļĢāļāļāļāļēāļĢāļŠāļĄāļĄāļāđāļŦy āđāļāļāļāļāļāļĢāļĄāļāļģāļĨāļāļĢāļāļāļāļ 0 āđāļĄāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļŦāļēāļāļģāļāļāļāđāļ āđāļāļĒ x0 āļāļēāļāļāļ°āļĄāļāļēāđāļāļ 1 āļŦāļĢāļ āļĄāļāļēāļāļ āđāļāļĒāļāļāļēāļĢāļāļēāļāļēāļāđāļāļāļāđāļāļāļēāļāļāļāļāļāļāļģāļŦāļāļāđāļŦ
2. āđāļāļāļāļē y āđāļĨāļ°āļāļāļāļāļāļāļāļ y āļĨāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ
3. āļāļĒāļēāļĒāļēāļĄāļāļāļĢāļāđāļŦāļāļĒāđāļāļĢāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļŦāļĄ
b0 + b1x + b2x2 + b3x
3 + · · · = 0
(āļŦāļĢāļ b0 + b1(xâ x0) + b2(xâ x0)2 + b3(xâ x0)3 + · · · = 0)
4. āđāļāļĒāļāļāļŠāļĄāļāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļĄāļāļāļāļ āļāļ°āđāļāļ§āļē b0 = b1 = b2 = . . . = 0 āļāļāļāļ āđāļĢāļēāļāļ°āđāļāļĢāļ°āļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ
b0 = 0,
b1 = 0,
...bn = 0,
...
(6.4)
5. āđāļāļĢāļ°āļāļāļĢāļ°āļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (6.4) āđāļāļāļŦāļēāļāļē a0, a1, a2, . . .
6. āđāļāļāļāļē a0, a1, a2, . . . āļĨāļāđāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒ
222 āļāļāļ 6. āļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļĢāļāļāļāļāļĢāļĄāļāļģāļĨāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 6.2. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ
yâē â y = 0 (6.5)
āļ§āļāļāļģ āđāļĢāļēāļāļ°āļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (6.5) āđāļāļĒ
1. āļŠāļĄāļĄāļāđāļŦāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļĒāđāļāļĢāļ
y = a0 + a1x + a2x2 + a3x
3 + · · ·
2. āļāļāļ§āļēāļāļāļāļāļāļāļāļ y āļāļ
yâē = a1 + 2a2x + 3a3x2 + 4a4x
3 + · · ·+ nanxnâ1 + · · ·
āđāļĄāļāđāļāļāļāļēāļĨāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ āļāļģāđāļŦāđāļ(a1 + 2a2x + 3a3x
2 + 4a4x3 + · · · )â (
a0 + a1x + a2x2 + a3x
3 + · · · ) = 0
3. āļāļāļĢāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļŦāļĄāđāļāđāļāļ
(a1 â a0) + (2a2 â a1)x + (3a3 â a2)x2 + · · ·+ (nan â anâ1)xnâ1 + · · · = 0
4. āđāļĢāļēāļāļāļ§āļē
a1 â a0 = 0,
2a2 â a1 = 0,
...nan â anâ1 = 0,
...
5. āđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļāļĢāļ°āļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļ
a1 = a0, a2 =a1
2=
a0
2!, a3 =
a2
2=
13
a0
2!=
a0
3!, · · · , an =
a0
n!, · · ·
6.2. āļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļĒāđāļāļāļāļāļĢāļĄāļāļģāļĨāļ 223
6. āđāļĢāļēāđāļāļ§āļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (6.5) āļāļ
y = a0 + a0x +a0
2!x2 +
a0
3!x3 + · · ·
= a0(1 + x +x2
2!+
x3
3!+ · · · )
= a0ex
āļāļāļ§āļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāđāļ āļŠāļāļāļāļĨāļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāđāļāļāļēāļāļāļ§āļāļĒāļēāļ 2.6 āļŦāļāļē 16
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 6.3. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ
yâē = 2xy (6.6)
āļ§āļāļāļģ āđāļĢāļēāļāļ°āļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (6.6) āđāļāļĒ
1. āļŠāļĄāļĄāļāđāļŦāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļĒāđāļāļĢāļ
y = a0 + a1x + a2x2 + a3x
3 + · · ·
2. āļāļāļ§āļēāļāļāļāļāļāļāļāļ y āļāļ
yâē = a1 + 2a2x + 3a3x2 + 4a4x
3 + · · ·+ nanxnâ1 + · · ·
āđāļĄāļāđāļāļāļāļēāļĨāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ āļāļģāđāļŦāđāļ(a1 + 2a2x + 3a3x
2 + 4a4x3 + · · · ) = 2x
(a0 + a1x + a2x
2 + a3x3 + · · · )
=(2a0x + 2a1x
2 + 2a2x3 + 2a3x
4 + · · · )
3. āļāļāļĢāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļŦāļĄāđāļāđāļāļ
a1 + (2a2 â 2a0)x + (3a3 â 2a1)x2 + · · ·+ (nan â 2anâ2)xnâ1 + · · · = 0
224 āļāļāļ 6. āļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļĢāļāļāļāļāļĢāļĄāļāļģāļĨāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ
4. āđāļĢāļēāļāļāļ§āļē
a1 = 0,
2a2 â 2a0 = 0,
3a3 â 2a1 = 0,
...nan â 2anâ2 = 0,
(n + 1)an+1 â 2anâ1 = 0,
...
5. āđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļāļĢāļ°āļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļa1 = 3
2a3 = 32
(53a5
)= · · · = 2nâ1
2 a2nâ1 = · · · = 0
a2 = a0, a4 = 2a24 = a0
2! , a6 = 2a46 = 1
3a4 = a03! , · · · , a2n = a0
n! = · · ·
6. āđāļĢāļēāđāļāļ§āļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (6.6) āļāļ
y = a0 + a0x2 +
a0
2!x4 +
a0
3!x6 + · · ·
= a0(1 + x2 +x4
2!+
x6
3!+ · · · )
= a0
(1 + (x2) +
(x2)2
2!+
(x2)3
3!+ · · ·
)
= a0ex2
āļŦāļĄāļēāļĒāđāļŦāļ āļāļāļēāļ āļāļēāļāļāļ°āļāļĢāļ§āļāļŠāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāđāļāļ āļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāđāļāļāļēāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (6.6) āļāļāđāļāļāļēāļāļāļēāļĢāļāļāļēāļĢāļāļēāđāļŦāđāļāļ āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŦāļāļāļāļāļ âāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĒāļāļāļāđāļâāļāļ§āļāļĒāļēāļ 6.4. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ
yâēâē + y = 0 (6.7)
āļ§āļāļāļģ āļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (6.7) āļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļģāđāļāđāļāļĒ1. āļŠāļĄāļĄāļāđāļŦāļāļĨāđāļāļĨāļĒ y āļāļĒāđāļāļĢāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļĄāļāļģāļĨāļāļāļāļ x
6.2. āļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļĒāđāļāļāļāļāļĢāļĄāļāļģāļĨāļ 225
2. āļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒ y āļāļ
yâēâē = (1 · 2)a2 + (2 · 3)a3x + (3 · 4)a4x2 + · · ·
āđāļĄāļāđāļāļāļāļēāļĨāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (6.7) āļāļģāđāļŦāđāļ((1 · 2)a2 + (2 · 3)a3x + (3 · 4)a4x
2 + · · · ) +(a0 + a1x + a2x
2 + a3x3 + · · · ) = 0
3. āļāļāļĢāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļŦāļĄāđāļāđāļāļ
((1 · 2)a2 + a0) + ((2 · 3)a3 + a1) x + ((3 · 4)a4 + a2) x2 + · · · = 0
4. āđāļāļĒāļāļāļŠāļĄāļāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļĄāļāļģāļĨāļ āļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļĄāļāļāļāđāļāļāļĻāļāļĒāļāļāļŦāļĄāļ āļāļģāđāļŦāđāļ
(1 · 2)a2 + a0 = 0,
(2 · 3)a3 + a1 = 0,
...(nâ 1)nan + anâ2 = 0,
n(n + 1)an+1 + anâ1 = 0,
...
5. āđāļĢāļēāļāļāļ§āļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļāļĒāļāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļ a2, a4, a6, . . . āđāļāļĢāļ a0 āđāļāđāļāļĒāļ
a2 = â a0
1 · 2 = âa0
2!,
a4 = â a2
3 · 4 = â âa0
(3 · 4)2!=
a0
4!,
...a2n = (â1)n a0
(2n)!...
226 āļāļāļ 6. āļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļĢāļāļāļāļāļĢāļĄāļāļģāļĨāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ
āđāļĨāļ°āđāļĢāļēāļāļāļ§āļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļāļĒāļāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļ a3, a5, a7, . . . āđāļāļĢāļ a1 āđāļāđāļāļĒāļa3 = â a1
2 · 3 = âa1
3!,
a5 = â a3
4 · 5 = â âa1
(4 · 5)3!=
a1
5!,
...a2n+1 = (â1)n a1
(2n + 1)!,
...6. āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļ
y = a0 + a1xâ a0
2!x2 â a1
3!x3 +
a0
4!x4 +
a1
5!x5 ââ+ + · · ·
āļāļāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļāļĢāļāđāļŦāļĄāđāļāđāļāļy =
(a0 â a0
2!x2 +
a0
4!x4 â+ · · ·
)+
(a1xâ a1
3!x3 +
a1
5!x5 â+ · · ·
)
= a0
(1â 1
2!x2 +
14!
x4 â+ · · ·)
+ a1
(xâ 1
3!x3 +
15!
x5 â+ · · ·)
= a0 cosx + a1 sinx
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 6.5. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļĢ3 (Airyâs equation)yâēâē â xy = 0 (6.8)
āļ§āļāļāļģ āļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (6.8) āļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāļāļģāđāļāđāļāļĒ1. āļŠāļĄāļĄāļāđāļŦāļāļĨāđāļāļĨāļĒ y āļāļĒāđāļāļĢāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļĄāļāļģāļĨāļāļāļāļ x2. āļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒ y āļāļ
yâēâē = (1 · 2)a2 + (2 · 3)a3x + (3 · 4)a4x2 + · · ·
āđāļĄāļāđāļāļāļāļēāļĨāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ (6.8) āļāļģāđāļŦāđāļ[(1 · 2)a2 + (2 · 3)a3x + · · · ]â x
[a0 + a1x + a2x
2 + · · · ] = 0
3āđāļāļāļĢ āļāļāļĢāļ āđāļāļĢ (Sir George Airy, 1801-1892) āđāļāļāļāļāļāļāļāļĻāļēāļŠāļāļĢ āđāļĨāļ°āļāļēāļĢāļēāļĻāļēāļŠāļāļĢāļāļēāļ§āļāļāļāļĪāļĐāđāļāļĢāđāļāļĻāļāļĐāļēāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļĢ āđāļāļĢāļēāļ°āļ§āļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļĄāļĨāļāļĐāļāļ°āļāđāļĻāļĐāļāļ āđāļĄāļāļāļāļēāļĢāļāļēāļāļĢāļāļ x āļāļāļāļĒāļāļ§āļēāļĻāļāļĒ āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļĄāļāļēāđāļāļ§āļāļāļ§āļāđāļāļāļēāļāļāļ§āļāđāļĨāļ°āļĨāļ (oscillate) āđāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļāļāļāļāļāļĢāđāļāļāļĄāļ āđāļĨāļ°āļŠāļģāļŦāļĢāļāļāļĢāļāļ x āļĄāļāļēāļĄāļēāļāļāļ§āļēāļĻāļāļĒ āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļ°āđāļāļāļāļāļāļāļāļāļēāļāđāļāļĒāļ§ (monotone function) āđāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļāļāļāļāđāļŪāđāļāļāļĢāđāļāļĨāļ (hyperbolic function)
6.2. āļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļĒāđāļāļāļāļāļĢāļĄāļāļģāļĨāļ 227
3. āļāļāļĢāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļŦāļĄāđāļāđāļāļ(1 · 2)a2 + ((2 · 3)a3 â a0) x + ((3 · 4)a4 â a1) x2 + ((4 · 5)a5 â a2) x3 + · · · = 0
4. āđāļāļĒāļāļāļŠāļĄāļāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļĄāļāļģāļĨāļ āļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļĄāļāļāļāđāļāļāļĻāļāļĒāļāļāļŦāļĄāļ āļāļģāđāļŦāđāļa2 = 0,
(2 · 3)a3 â a0 = 0,
(3 · 4)a4 â a1 = 0,
(4 · 5)a5 â a2 = 0,
...n(n + 1)an+1 â anâ2 = 0,
(n + 1)(n + 2)an+2 â anâ1 = 0,
(n + 2)(n + 3)an+3 â an = 0,
...
5. âĒ āđāļĢāļēāļāļāļ§āļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļāļĒāļāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļ a5 āļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļāļĒāļāđāļāđāļāļĢāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļ a2, a8
āļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļāļĒāļāđāļāđāļāļĢāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļ a5, . . .āļāļāļāļāļ a3n+2 =
a3nâ1
(3n + 1)(3n + 2), n = 1, 2, 3, . . . āļāļāļāļģāđāļŦ
a2 = a5 = · · · = a3n+2 = · · · = 0
âĒ āļŠāļģāļŦāļĢāļ a1, a4, a7, a10, . . . āļĄāļāļēa3 =
a0
2 · 3 ,
a6 =a3
5 · 6 =a0
(2 · 3)(5 · 6),
a9 =a6
8 · 9 =a0
(2 · 3)(5 · 6)(8 · 9),
...a3n =
a0
(2 · 3)(5 · 6) · · · (3nâ 4)(3nâ 3)(3nâ 1)(3n)...
228 āļāļāļ 6. āļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļĢāļāļāļāļāļĢāļĄāļāļģāļĨāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ
âĒ a0, a3, a6, a9, . . . āļŦāļēāļāļēāđāļāļāļāļa4 =
a1
3 · 4 ,
a7 =a4
6 · 7 =a1
(3 · 4)(6 · 7),
a10 =a7
9 · 10=
a1
(3 · 4)(6 · 7)(9 · 10),
...a3n+1 =
a1
(3 · 4)(6 · 7) · · · (3nâ 3)(3nâ 2)(3n)(3n + 1)...
6. āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļy = a0
(1 +
x3
2 · 3 +x6
2 · 3 · 5 · 6 + · · ·+ x3n
2 · 3 · · · (3nâ 1)(3n)+ · · ·
)
= +a1
(x +
x4
3 · 4 +x7
3 · 4 · 6 · 7 + · · ·+ x3n+1
3 · 4 · · · (3n)(3n + 1)+ · · ·
)
y = a0
(1 +
ââ
n=1
x3n
2 · 3 · · · (3nâ 1)(3n)
)+ a1
(x +
ââ
n=1
x3n+1
3 · 4 · · · (3n)(3n + 1)
)
āļŠāļāđāļāļāđāļāļ§āļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļĢ āļāļĒāđāļāļĢāļy = a0y1 + a1y2,
āđāļĄāļ a0 āđāļĨāļ° a1 āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ,y1 = 1 +
ââ
n=1
x3n
2 · 3 · · · (3nâ 1)(3n),
y2 = x +ââ
n=1
x3n+1
3 · 4 · · · (3n)(3n + 1)
āđāļāļĒ y1 āđāļĨāļ° y2 āđāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļĢāļāļāđāļāļāļāļŠāļĢāļ°āđāļāļāđāļŠāļ āļāļāđāļāļāđāļāļāļēāļĄāļāļĪāļĐāļāļāļ 4.5(āļŦāļāļē 143) āđāļāđāļĢāļēāđāļĄāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļāļĒāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒ y1 āđāļĨāļ° y2 āđāļŦāļāļĒāđāļāļĢāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļēāļāļāļ§āđāļāļāđāļĢāļēāļĢāļāļāđāļāđāļŦāļĄāļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļēāļāļāļ§āļāļĒāļēāļ 6.2, 6.3 āđāļĨāļ° 6.4
6.2. āļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļĒāđāļāļāļāļāļĢāļĄāļāļģāļĨāļ 229
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 6.6. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļĢāđāļāļĢāļāļāļāļāļĢāļĄāļāļģāļĨāļāļĢāļāļāļāļ 1
āļ§āļāļāļģ
1. āļŠāļĄāļĄāļāđāļŦāļāļĨāđāļāļĨāļĒ y āļāļĒāđāļāļĢāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļĄāļāļģāļĨāļāļāļāļ x āļĢāļāļāļāļ 1
y = a0 + a1(xâ 1) + a2(xâ 1)2 + a3(xâ 1)3 + · · ·
=ââ
n=0
an(xâ 1)n
2. āļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļāļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒ y āļāļ
yâēâē = (1 · 2)a2 + (2 · 3)a3(xâ 1) + (3 · 4)a4(xâ 1)2 + · · ·
=ââ
n=2
(nâ 1)nan(xâ 1)nâ2
=ââ
n=0
(n + 1)(n + 2)an+2(xâ 1)n
āđāļĄāļāđāļāļāļāļēāļĨāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļĢ āļāļģāđāļŦāđāļââ
n=0
(n + 1)(n + 2)an+2(xâ 1)n â xââ
n=0
an(xâ 1)n = 0
āđāļāļāļāļāļēāļāļāļāļēāļĢāļāļēx āļĢāļāļāļāļ 1āļāļāļāļāļāļ°āđāļāļĒāļx āđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ yâēâēâxy = 0 āđāļāļĢāļx = 1+(xâ1)
āļāļāļāļģāđāļŦāđāļĢāļēāļŠāļēāļĄāļēāļĢāļāđāļāļĒāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļĢāđāļāđāļāļĢāļââ
n=0
(n + 1)(n + 2)an+2(xâ 1)n â [1 + (xâ 1)]ââ
n=0
an(xâ 1)n
=ââ
n=0
(n + 1)(n + 2)an+2(xâ 1)n âââ
n=0
an(xâ 1)n âââ
n=0
an(xâ 1)n+1
=ââ
n=0
(n + 1)(n + 2)an+2(xâ 1)n âââ
n=0
an(xâ 1)n âââ
n=1
an+1(xâ 1)n
= 0
3. āļāļāļĢāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļŦāļĄāđāļāđāļāļ
[(1 · 2)a2 â a0] +ââ
n=1
[n(n + 1)an+1 â anâ1 â an] (xâ 1)n = 0
230 āļāļāļ 6. āļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļĢāļāļāļāļāļĢāļĄāļāļģāļĨāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ
4. āđāļāļāļāļāļ§āļĒāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļĄāļāļāļāđāļāļāļĻāļāļĒāļāļāļŦāļĄāļ āļāļģāđāļŦāđāļ2a2 = a0,
(2 · 3)a3 â a1 â a0 = 0 â (2 · 3)a3 = a1 + a0,
(3 · 4)a4 â a2 â a1 = 0 â (3 · 4)a4 = a2 + a1,
(4 · 5)a5 â a3 â a2 = 0 â (4 · 5)a5 = a3 + a2,
...āļŦāļĢāļāļāļāļ
2a2 = a0,
(n + 1)(n + 2)an+2 = an+1 + an n = 1, 2, 3, . . .
5. āđāļĄāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļģāđāļŦāđāļāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļa2 =
a0
2,
a3 =a1 + a0
2 · 3 =a0
6+
a1
6
a4 =a2 + a1
3 · 4 =112
(a0
2+ a1
)=
a0
24+
a1
12
a5 =a3 + a2
4 · 5 =120
(a1
6+
a0
6+
a0
2
)=
a0
30+
a1
120...
6. āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļy = a0
[1 +
(xâ 1)2
2+
(xâ 1)3
6+
(xâ 1)4
24+
(xâ 1)5
30+ · · ·
]
+a1
[(xâ 1) +
(xâ 1)3
6+
(xâ 1)4
12+
(xâ 1)5
120+ · · ·
]
6.2. āļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļĒāđāļāļāļāļāļĢāļĄāļāļģāļĨāļ 231
āļāļ§āļāļĒāļēāļ 6.7. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļāļāļāđāļāļ āđāļāļĒāđāļāļāļāļāļĢāļĄāļāļģāļĨāļ
(x2 â 1)d2y
dx2+ 3x
dy
dx+ xy = 0
y(0) = 4, yâē(0) = 6(6.9)
āļ§āļāļāļģ
1. āđāļāļāļāļāļēāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļ (6.9) āļĄāđāļāļāļāđāļāļāļēāļāļāļāļāļāļāļ x = 0 āļāļāļāļāļāļ°āļŠāļĄāļĄāļāđāļŦāļāļĨāđāļāļĨāļĒ y
āļāļĒāđāļāļĢāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļĄāļāļģāļĨāļāļāļāļ x āļĢāļāļāļāļ 0
y = a0 + a1x + a2x2 + a3x
3 + · · · =ââ
n=0
anxn
2. āļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŦāļāļāđāļĨāļ°āļŠāļāļ āļāļ
yâē =ââ
n=0
(n + 1)an+1xn
yâēâē =ââ
n=0
(n + 1)(n + 2)an+2xn
āđāļĄāļāđāļāļāļāļēāļĨāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢ āļāļģāđāļŦāđāļ
(x2 â 1)ââ
n=0
(n + 1)(n + 2)an+2xn + 3x
ââ
n=0
(n + 1)an+1xn + x
ââ
n=0
anxn = 0
232 āļāļāļ 6. āļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļĢāļāļāļāļāļĢāļĄāļāļģāļĨāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ
3. āļāļāļĢāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļŦāļĄāđāļāđāļāļââ
n=0
(n + 1)(n + 2)an+2xn+2 â
ââ
n=0
(n + 1)(n + 2)an+2xn
+3ââ
n=0
(n + 1)an+1xn+1 +
ââ
n=0
anxn+1
=ââ
n=0
(n + 1)(n + 2)an+2xn+2
â2a2 â 6a3xâââ
n=2
(n + 1)(n + 2)an+2xn
+3a1x + 3ââ
n=1
(n + 1)an+1xn+1 + a0x +
ââ
n=1
anxn+1
=ââ
n=2
(nâ 1)nanxn
â2a2 â 6a3xâââ
n=2
(n + 1)(n + 2)an+2xn
+3a1x + 3ââ
n=2
nanxn + a0x +ââ
n=0
anâ1xn
= â2a2 + (a0 + 3a1 â 6a3)x
+ââ
n=2
[â(n + 1)(n + 2)an+2 + n(n + 2)an + anâ1] xn = 0
4. āđāļāļāļāļāļ§āļĒāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļĄāļāļāļāđāļāļāļĻāļāļĒāļāļāļŦāļĄāļ āļāļģāđāļŦāđāļ
âa2 = 0,
â(a0 + 3a1 â 6a3) = 0,
â(n + 1)(n + 2)an+2 + n(n + 2)an + anâ1 = 0, (n = 2, 3, 4, . . .)
5. āđāļĄāļāđāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļģāđāļŦāđāļāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļ
a2 = 0,
a3 =a0
6+
a1
2,
āđāļĨāļ° an+2 =n
n + 1an +
1(n + 1)(n + 2)
anâ1
6.2. āļāļēāļĢāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļĒāđāļāļāļāļāļĢāļĄāļāļģāļĨāļ 233
āļāļāļāļa4 =
23a2 +
13 · 4a1 =
a1
12,
a5 =34a3 +
14 · 5a2 =
34
(a0
6+
a1
2
)=
a0
8+
3a1
8,
a6 =45a4 +
15 · 6a3 =
a1
15+
130
(a0
6+
a1
2
)=
a0
180+
a1
12,
...
6. āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļy = a0
[1 +
x3
6+
x5
8+
x6
180+ · · ·
]+ a1
[x +
x3
2+
x4
12+
3x5
8+
x6
12· · ·
]
7. āļāļēāļāđāļāļāļāđāļāļāļēāļāļāļāļâĒ y(0) = 4
y(0) = a0 [1 + 0 + 0 + · · · ] + a1 [0 + 0 + 0 + · · · ] = a0 = 4
āļāļāđāļ a0 = 4
âĒ yâē(0) = 6
āđāļāļāļāļāļēāļdy
dx= 4
[x2
3+
5x4
8+
x5
30+ · · ·
]+ a1
[1 +
3x2
2+
x3
3+
15x4
8+
x5
2· · ·
]
āļāļāļāļyâē(0) = 4 [0 + 0 + 0 + · · · ] + a1 [1 + 0 + 0 + · · · ] = a1 = 6
āļāļāđāļ a1 = 6
āļāļāļāļ āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļāļāļy = 4
[1 +
x3
6+
x5
8+
x6
180+ · · ·
]+ 6
[x +
x3
2+
x4
12+
3x5
8+
x6
12· · ·
]
= 4 + 6x +11x3
3+
x4
2+
11x5
4+ · · ·
234 āļāļāļ 6. āļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļĢāļāļāļāļāļĢāļĄāļāļģāļĨāļāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ
āđāļāļāļāļāļŦāļ1. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāđāļāļ āđāļāļĒāļāļāļēāļĢāļāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāđāļāļĢāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļĄāļāļģāļĨāļāļĢāļāļāļāļ x0 āļāļāļģāļŦāļāļāđāļŦ
(a) yâēâē â y = 0, x0 = 0
(b) yâēâē â xyâē â y = 0, x0 = 0
(c) yâēâē â 4y = 0, x0 = 0
(d) yâēâē â xyâē â y = 0, x0 = 1
(e) yâēâē + k2x2y = 0, x0 = 0, k āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ(f) (1â x)yâēâē + y = 0, x0 = 0
(g) (1â x)yâēâē + y = 0, x0 = 1
(h) (2 + x2)yâēâē â xyâē + 4y = 0, x0 = 0
(i) yâēâē + xyâē + 2y = 0, x0 = 0
(j) xyâēâē + yâē + xy = 0, x0 = 1
(k) (4â x2)yâēâē + 2y = 0, x0 = 0
(l) (1â x)yâēâē + xyâē â y = 0, x0 = 0
2. āļāļāļŦāļēāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļāļāļāļāđāļāļ(a) yâēâē + x2y = 0, y(0) = 1, yâē(0) = 0
(b) yâēâē â xyâē â y = 0, y(0) = 2, yâē(0) = 1
(c) (2 + x2)yâēâē â xyâē + 4y = 0, y(0) = â1, yâē(0) = 3
(d) yâēâē + xyâē + 2y = 0, y(0) = 4, yâē(0) = â1
(e) (1â x)yâēâē + xyâē â y = 0, y(0) = â3, yâē(0) = 2
(f) (4â x2)yâēâē + 2y = 0, y(0) = 0, yâē(0) = 1
āļāļģāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļŦāļāļāļģāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļŦāļ 1.1 (āļŦāļāļē 3)
1. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļ āļāļāļāļāļŦāļāļ āđāļāļāđāļŠāļ2. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļĒāļāļĒ āļāļāļāļāļŠāļāļ3. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļ āļāļāļāļāļŠ āđāļĄāđāļāļāđāļŠāļ4. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļ āļāļāļāļāļŠāļāļ āđāļĄāđāļāļāđāļŠāļ5. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļĒāļāļĒ āļāļāļāļāļŠāļāļ6. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļ āļāļāļāļāļŠāļāļ āđāļāļāđāļŠāļ7. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļ āļāļāļāļāļŦāļ āđāļĄāđāļāļāđāļŠāļ8. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļ āļāļāļāļāļŠāļāļ āđāļāļāđāļŠāļ9. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļĒāļāļĒ āļāļāļāļāļŠ10. āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļ āļāļāļāļāļŠ āđāļāļāđāļŠāļ
235
236 āļāļģāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļŦāļ
āļāļģāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļŦāļ 2.3 (āļŦāļāļē 18)1. y =
13e3x â x2
2+ c
2. y = ln |x|+ c
3. y = cos (x) + c
4. y = sec (x) + c
5. y = ecx
6. y =12(tanâ1
)2 + c
7. y = eâx2+ c
8. y = eâ cos(x) + c
9. y = c(x + 14)4
10. y =1
x2 + c
11. y = sin(â
x + c)
12. y =(
45xâ
x + c
)2
13. y = ln |x| â ln |y â 1|+ c
14. tanâ1 (y) = âtanâ1 (x) + c
15. 1y4
+1x4
= c
16. cos (y) =âx3
3+ c
17. y2 = c (x + 2)4 eâ2x + 1
18. r sin2 Îļ = c
āļŦāļĄāļēāļĒāđāļŦāļ c āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ
āļāļģāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļŦāļ 237
āļāļģāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļŦāļ 2.4 (āļŦāļāļē 21)1. ln |y| = 1â eâx
2. cos (x) + x sin (x) = y6 â y â 1
3. cos (x) =12y2 â 1
4. x2 + y2 = 4
5. ln |y| = âx3
3â xâ 4
3
6. ln |y| = â ln |x|+ ln 4
7. 3ex2= 6y â y6 + 3
8. y + ln |y| = x3
3â xâ 7
9. ln |8â 3y| = â3x + ln 4
10. ex + 2xy â 6exy = 0
āļāļģāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļŦāļ 2.5 (āļŦāļāļē 27)1. (a) x2 â 2xy â y2 = c
(b) y = x(ln |x|+ c)2
(c) y = x(ln |x|+ c)12
(d) y = x ln |x|+ xc
(e) y = cx3 â x
(f) y2 = x2 + cx4
(g) y =cx3
1â cx2
(h) cos(y
x
)= câ ln |x|
(i) eyx = 2 ln |x|+ c
(j) ln
âĢâĢâĢâĢâĢ
â1 +
y2
x2+
y
x
âĢâĢâĢâĢâĢ = ln |x|+ c
āļŦāļĄāļēāļĒāđāļŦāļ c āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ2. (a) x2 + y2 = 5
(b) x4 + y4 = 1
(c) ln |y|+ ln |x| = ln 4
(d) 2x4 â y2 â 4x2 = 0
238 āļāļģāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļŦāļ
āļāļģāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļŦāļ 2.6 (āļŦāļāļē 32)1. (a) y = 1 + ceâx
(b) y = xeâx + ceâx
(c) y =12e3x + cex
(d) y =1x
(sin (x) + c)
(e) y = x3 (x + c)
(f) y = eâx(tanâ1 (ex) + c
)
(g) y =ln |sin (x)|+ c
1 + x2
(h) y = x2eâx + ceâx + x2 â 2x + 2
(i) y =(x2 + c
)csc (x)
(j) y = x2 (câ x)
(k) y =1xâ cot (x) +
c
x sin (x)
(l) y = ex2 (3x2 + c
)
(m) y =x3 + c
ln |x|
(n) y = x2 + cx2e1x
āļŦāļĄāļēāļĒāđāļŦāļ c āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ2. (a) y = 1
(b) y =x
2+
32x
(c) y = 1â eâ sin(x)
(d) y =14x5 â 56
x3
(e) y = â1 + ex+x2
2
(f) y =13
+163
(x2 + 4
) 32
āļāļģāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļŦāļ 2.7 (āļŦāļāļē 35)1. y =
2x (câ x2)
2. y2 =2e2x
câ e4x
3. y =5x2
x5 + c
4. y =(
(xâ 2)2 +câ
xâ 2
)2
5. y =x
x + c
6. y4 =2e8x2
+ c
e8x2
7. y2 =2
ce2x â 2xâ 1
8. y3 =3e4x + c
4e3x
9. y3 =1
x3(2x3 + c)
10. r =Îļ2
câ Îļ
11. x2 =1
t2 (2 ln |t|+ c)
12. x2 =2tet + c
tet
āļŦāļĄāļēāļĒāđāļŦāļ c āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ
āļāļģāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļŦāļ 239
āļāļģāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļŦāļ 2.8 (āļŦāļāļē 45)1. (a) y =
câ x2
3xâ 4
(b) x3 â 2y2x + 2y3 = c
(c) â2xy2 + 2x2 â 5x + y2 â 4y = c
(d) āđāļĄāđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāļāļāļĢāļ(e) xâ tan (y) cos (x) = c
(f) 13x3 + y ln |x|+ 1
3y3 = c
(g) ex sin (y) + x tan (y) = c
(h) xey + sin (x) cos (y) = c
(i) x2 +23(x2 â y
) 32 = c
(j) (Îļ2 + 1
)sin (r) = c
(k) x2
2+ x sin y â y2 = c
(l) 2x + exy â y2 = c
āļŦāļĄāļēāļĒāđāļŦāļ c āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ2. (a) x2y + y + 25 = 0
(b) y
x2+
12
= 0
(c) ln |1â 3y|+ x3 â ln 4 = 0
(d) xy2 + y â 2 = 0
(e) 2xy3 â x2y2 â y4 + 9 = 0
240 āļāļģāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļŦāļ
āļāļģāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļŦāļ 2.9 (āļŦāļāļē 53)
1. āļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļāļāļĢāļāļāļāļāļ 1x
āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļ ln |x| â 2y = c
(āļŦāļĢāļ āļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļāļāļĢāļāļāļāļāļ eâ2y
āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļ xeâ2y = c āđāļāļĒ |c| = ec)2. āļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļāļāļĢāļāļāļāļāļ e3x
āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļ e3x(3x2y + y3
)= c
3. āļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļāļāļĢāļāļāļāļāļ eâx
āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļ ex + eâx (1â y) = c
4. āļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļāļāļĢāļāļāļāļāļ y
āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļ xy â sin y + y cos y = c
5. āļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļāļāļĢāļāļāļāļāļ 1x2
āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļ 3xâ y
x+
y2
2= c
6. āļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļāļāļĢāļāļāļāļāļ e2y
y
āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļ xe2y â ln |y| = c
7. āļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļāļāļĢāļāļāļāļāļ sin y
āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļ ex sin y + y2 = c
8. āļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļāļāļĢāļāļāļāļāļ y2
āļāļĨāđāļāļĨāļĒāļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļ x4 + 3xy + y4 = c
āļŦāļĄāļēāļĒāđāļŦāļ c āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ
āļāļģāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļŦāļ 241
āļāļģāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļŦāļ 3.4 (āļŦāļāļē 75)1. āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļŠāļāđāļāļāļāļāļ2. āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļŠāļāđāļĄāđāļāļāļāļāļ3. āđāļĄāđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļŠāļ4. āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļŠāļāđāļāļāļāļāļ5. āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļŠāļāđāļĄāđāļāļāļāļāļ6. āđāļĄāđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļŠāļ7. āđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļŠāļāđāļĄāđāļāļāļāļāļ āļāļĄāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļāđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§8. āđāļĄāđāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļŠāļ
āļāļģāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļŦāļ 3.5 (āļŦāļāļē 81)1. (a) āđāļāļāļāļŠāļĢāļ°āđāļāļāđāļŠāļ(b) āđāļĄāđāļāļāļāļŠāļĢāļ°āđāļāļāđāļŠāļ(c) āđāļāļāļāļŠāļĢāļ°āđāļāļāđāļŠāļ(d) āđāļĄāđāļāļāļāļŠāļĢāļ°āđāļāļāđāļŠāļ(e) āđāļĄāđāļāļāļāļŠāļĢāļ°āđāļāļāđāļŠāļ(f) āđāļāļāļāļŠāļĢāļ°āđāļāļāđāļŠāļ(g) āđāļāļāļāļŠāļĢāļ°āđāļāļāđāļŠāļ(h) āđāļĄāđāļāļāļāļŠāļĢāļ°āđāļāļāđāļŠāļ
242 āļāļģāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļŦāļ
āļāļģāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļŦāļ 3.6 (āļŦāļāļē 92)1. (i) y = c1e
â3x + c2e2x
(ii) y = c1eâx + c2xeâx
(iii) y = c1 cos 2â
2x + c2 sin 2â
2x
(iv) y = ex(c1 cos
â3x + c2 sin
â3x
)
(v) y = c1e2x + c2xe2x
(vi) y = c1e4x + c2e
5x
(vii) y = eâx2
(c1 cos
â5
2x + c2 sin
â5
2x
)
(viii) y = c1e3x2 + c2xe
3x2
(ix) y = c1 + c2eâx
(x) y = c1eâ3x + c2e
â2x
(xi) y = c1eâ4x + c2xeâ4x
(xii) y = c1e
ïŋ―â12
+â
52
ïŋ―x + c2e
ïŋ―â12 â
â5
2
ïŋ―x
(xiii) y = e3x (c1 cosx + c2 sinx)
(xiv) y = c1ex2 + c2e
â4x
(xv) y = c1ex2 + c2e
â7x
(xvi) y = c1e
ïŋ―12+ 3
â5
2
ïŋ―x + c2e
ïŋ―12â 3
â5
2
ïŋ―x
(xvii) y = eâ52
x (c1 + c2x)
(xviii) y = e3x (c1 cos 4x + c2 sin 4x)
(xix) y = c1eâ3x + c2e
â2x
(xx) y = eâx(c1 cos
â2x + c2 sin
â2x
)
(xxi) y = c1e2x + c2e
â2x
(xxii) y = c1e
ïŋ―1+
â3
2
ïŋ―x + c2e
ïŋ―1â
â3
2
ïŋ―x
(xxiii) y = c1ex2 + c2e
âx
(xxiv) y = eâ2x (c1 cosx + c2 sinx)
(xxv) y = c1ex4 + c2xe
x4
(xxvi) y = c1ex + c2e
â5x
(xxvii) y = c1e2x + c2e
âx
(xxviii) y = e5x (c1 cosx + c2 sinx)
(xxix) y = eâ3x (c1 + c2x)
(xxx) y = e2x(c1 cos
â3x + c2 sin
â3x
)
(xxxi) y = c1e3x + c2e
2x
(xxxii) y = c1eâ2x3 + c2e
x2
(xxxiii) y = ex2 (c1 + c2x)
(xxxiv) y = c1eâ11+
â205
6x + c2e
â11ââ2056
x
āļŦāļĄāļēāļĒāđāļŦāļ c1 āđāļĨāļ° c2 āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ
āļāļģāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļŦāļ 243
2. (a) y = e3xâ1
(b) y = 2e5x + ex
(c) y = 5xe3x
(d) y = eâ2x (cos (x) + 2 sin (x))
(e) y = e(â2+â
2)x â 2e(â2ââ2)x
(f) y =95exâ1 +
15e9â9x
(g) y = 3eâ4x
(h) y = 3â eâx
(i) y = eâx (1 + 2x)
(j) y =43ex â 1
3e3x
(k) y =â
32
e(1+â
3x)ââ
32
e(1ââ
3x)
(l) y = e3x
(2 +
73x
)
(m) y = 2e5x+5eâxâ1
(n) y = e2xâ2 (2â x)
(o) y = ex (sin (x)â cos (x))
āļāļģāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļŦāļ 3.7 (āļŦāļāļē 98)1. y2 = âeâ5x
8, y = c1e
3x + c2eâ5x
2. y2 = e2x, y = c1ex + c2e
2x
3. y2 =x3
3, y = c1 + c2x
3
4. y2 =x4
5, y =
c1
x+ c2x
4
5. y2 = â 1x3
, y =c1
x2+
c2
x3
6. y2 = x3, y = c1x2 + c2x
3
7. y2 = â 13x2
, y = c1x +c2
x2
8. y2 =1x
lnx, y =c1
x+
c2
xln x
9. y2 = xex, y = c1x + c2xex
10. y2 = â12
cos(x2), y = c1 sin(x2) + c2 cos(x2)
11. y2 = 1 + xe2x â e2x, y = c1ex + c2(1 + xe2x â e2x)
244 āļāļģāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļŦāļ
12. y2 = âxâ 1, y = c1ex + c2(x + 1)
13. y2 = â 13x
, y = c1x2 +
c2
x
14. y2 = â12x1/4eâ2
âx, y = c1x
1/4e2â
x + c2x1/4eâ2
âx
15. y2 = eâ3x(â4xâ 16), y = c1ex + c2e
â3x(x + 4)
16. y2 = âcosxâx
, y =c1 sinxâ
x+
c2 cosxâx
āļŦāļĄāļēāļĒāđāļŦāļ c1 āđāļĨāļ° c2 āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ
āļāļģāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļŦāļ 3.8.1 (āļŦāļāļē 115)1. (a) y = c1 cos
â3x + c2 sin
â3xâ 3
(b) y = c1e(â2ââ2)x + c2e
(â2+â
2)x â 10
(c) y = c1 cosxâ2
+ c2 sinxâ2
+ e2x
(d) y = c1 cosx + c2 sinx + eâ2x
(e) y = c1e2x + c2e
âx â x + x3
(f) y = ex2
(c1 cos
â352
x + c2 sinâ
352
x
)+ 3 cos 3x
(g) y = eâ2x (c1 cosx + c2 sinx) +126
e3x
(h) y = c1eâ2x + c2e
x â 14eâx
(i) y = c1eâ4x + c2e
âx +334
cosx +534
sinx
(j) y = c1e2x + c2e
â2x â 2â xâ x2
(k) y = c1e2x + c2e
x +12x3 +
94x2 +
214
x +458
(l) y = c1 + c2eâ2x â sinxâ cosx
āļŦāļĄāļēāļĒāđāļŦāļ c1 āđāļĨāļ° c2 āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ
āļāļģāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļŦāļ 245
2. (a) y = c1e3x + c2e
âx â ex
(b) y = c1e3x + c2e
âx + eâxx
(38xâ 3
16
)
(c) y = eâx (c1 cos 2x + c2 sin 2x) +317
sin 2xâ 1217
cos 2x
(d) y = c1 + c2eâ2x + xâ 1
2sin 2xâ 1
2cos 2x
(e) y = c1eâx + c2xeâx + x2eâx
(f) y = c1 cosÏ0x + c2 sinÏ0x +cosÏx
(Ï0)2 â Ï2
(g) y = c1 + c2eâ4x +
13
cos 2x +23
sin 2x +85
sinxâ 25
cosx
(h) y = c1 + c2ex â 12xâ 11
2x2
(i) y = c1e3x + c2e
âx + eâx
(3732
xâ 316
x2 â 14x3
)
(j) y = c1e2x + c2e
x + ex
(12
cosxâ 12
sinx
)
(k) y = c1e2x + c2e
â2x +15
sinxâ 15
cosx
(l) y = c1 sin 3x + c2 cos 3x + e3x
(118
x2 â 127
x +1
162
)+
23
(m) y = c1 cosÏ0x + c2 sinÏ0x +cosÏ0x + Ï0x sinÏ0x
2 (Ï0)2
(n) c1 + c2x +12x2 +
13x3 +
14x4 +
15x5
āļŦāļĄāļēāļĒāđāļŦāļ c1 āđāļĨāļ° c2 āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ3. (a) y = 3â x + 6x3
(b) y = sin x + 2 cosx + eâx
(c) y =â1940
cos 2x +710
sin 2xâ 18
+14x2 +
35ex
(d) y = ex (4xâ 3) +16x3ex + 4
(e) y = â 110
cos2 x +120
(6 sinxâ 6) cosxâ 110
sinx +120
(f) y = â 110
ex â 16e2x +
112
(g) y = eâx
(cos 2x +
12
sin 2x + eâx (x sin 2x))
246 āļāļģāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļŦāļ
4. (a) yp = A0x + A1x2 + A2x
3 + A3x4 + A4x
5 +(B0x + B1x
2 + B2x3)eâ3x
+C cos 3x + D sin 3x
(b) yp = (A0 + A1x) sin x + (B0 + B1x) cos x + Cex
(c) yp = A0 + A1x +(B0x + B1x
2)sinx +
(C0x + C1x
2)cosx
(d) yp = ex (A cos 2x + B sin 2x) + e2x [(C0 + C1x) sin 2x + (D0 + D1x) cos 2x]
(e) yp = A0 + A1x + A2x2 + e2x
(B0x
2 + B1x3)
+ (C0 + C1x) sin 2x
+(D0 + D1x) cos 2x
(f) yp = e2x(A0 + A1x + A2x
2)
(g) yp = ex(A0x + A1x
2 + A2x3)
+ eâx(B0x + B1x
2 + B2x3 + B3x
4)
(h) yp = e2x(A0x
2 + A1x3 + A2x
4)
(i) yp = A sinx + B cosx + C sin 2x + D cos 2x
(j) yp = ex[(
A0 + A1x + A2x2)sin 2x +
(B0 + B1x + B2x
2)cos 2x
]
+eâx (C cosx + D sinx) + Eex
(k) yp = eâx [(A0 + A1x) sin (2x) + (B0 + B1x) cos 2x]
+eâ2x [(C0 + C1x) sin x + (D0 + D1x) sinx]
āļŦāļĄāļēāļĒāđāļŦāļ A,B, C, D, E,A0, . . . , A4, B0, . . . , B3, C0, C1, D0, D1, E0, E1 āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ
āļāļģāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļŦāļ 247
āļāļģāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļŦāļ 3.8.2 (āļŦāļāļē 125)1. (a) y = c1 cos
â3x + c2 sin
â3xâ 3
(b) y = c1e(â2ââ2)x + c2e
(â2+â
2)x â 10
(c) y = c1 cosxâ2
+ c2 sinxâ2
+ e2x
(d) y = c1 cosx + c2 sinx + eâ2x
(e) y = c1e2x + c2e
âx â x + x3
(f) y = ex2
(c1 cos
â352
x + c2 sinâ
352
x
)+ 3 cos 3x
(g) y = eâ2x (c1 cosx + c2 sinx) +126
e3x
(h) y = c1eâ2x + c2e
x â 14eâx
(i) y = c1eâ4x + c2e
âx +334
cosx +534
sinx
(j) y = c1e2x + c2e
â2x â 2â xâ x2
(k) y = c1e2x + c2e
x +12x3 +
94x2 +
214
x +458
(l) y = c1 + c2eâ2x â sinxâ cosx
2. (a) y = c1 cosx + c2 sinxâ cosxln |tanx + secx|
(b) y = c1eâ2x + c2xeâ2x â eâ2x ln |x|
(c) y = c1 cos 3x + c2 sin 3xâ 1 + sin 3x ln |sec 3x + tan 3x|
(d) y = c1 cos 2x + c2 sin 2xâ 32x cos 2x +
34
sin 2x ln |sin 2x|
(e) y = c1 cos 2x + c2 sin 2xâ 14
cos 2x ln |sec 2x + tan 2x|
(f) y = c1 cosx
2+ c2 sin
x
2+ x sin
x
2+ 2 cos
x
2ln
âĢâĢâĢcosx
2
âĢâĢâĢ
(g) y = c1eâx + c2xeâx +
12x2eâx ln |x| â 3
4x2eâx
(h) y = c1ex + c2xex â 1
2ex ln
(1 + x2
)+ xextanâ1x
(i) y = c1eâx + c2e
3x â eâx(8x2 + 4x + 1
)
(j) y = eâx
(c1 cos 2x + c2 sin 2x +
14
cos 2x ln |cos 2x|+ 12x sin 2x
)
(k) y = c1eâx2 + c2e
âx +110
eâ3x
(l) y = c1e2x + c2e
x + e2x(ln
âĢâĢeâx + 1âĢâĢâ eâx
)+ ex ln
âĢâĢeâx + 1âĢâĢ
āļŦāļĄāļēāļĒāđāļŦāļ c1 āđāļĨāļ° c2 āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ
248 āļāļģāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļŦāļ
āļāļģāļāļāļāļāļāļāđāļāļāļāļāļŦāļ 3.9 (āļŦāļāļē 132)1. (a) y = c1x + c2x
3
(b) y = c1x2 +
c2
x2
(c) y = c1
âx + c2x
3/2
(d) y = c1x2 + c2x
2 lnx
(e) y = c1 sin(2 lnx) + c2 cos(2 lnx)
(f) y = c1x2 sin(3 lnx) + c2x
2 cos(3 lnx)
(g) y = c1x1/3 + c2x
2
(h) y = c1 sin(3 lnx) + c2 cos(3 lnx)
(i) y = c1x1/3 + c2x
1/3 lnx
(j) y = c1x3 sin(lnx) + c2x
3 cos(lnx)
(k) y = c1x2 + c2x
3 â 1 + 2x
(l) y = c1x2 + c2x
4 â 2x3
(m) y =c1
x2+
c2
x+ 2 lnxâ 3
(n) y = c1 sin(2 lnx) + c2 cos(2 lnx) +25x lnx
(o) y = c1 sin(lnx) + c2 cos(lnx)â 2 cos(lnx) ln x
(p) y = c1 sin(3 lnx) + c2 cos(3 lnx) +16
sin(3 lnx) ln x
āļŦāļĄāļēāļĒāđāļŦāļ c1 āđāļĨāļ° c2 āđāļāļāļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ2. (a) y =
3x2
+ 2x5
(b) y = â2x2 + x3
(c) y = â 1x2
+2x3
(d) y = x2 â 2x + 4 +1x
(e) y =53xâ 2x2 + 3x3 â 23
24x4
(f) y = â35x2 +
2x3
+25x2(5 ln xâ 1)
(g) y = 4x2 â 2x3
(h) y =118
x3 +1
12x2â 1
6ln x +
136
āļāļĢāļĢāļāļēāļāļāļĢāļĄ[1] āļāļāļāļāļē āđāļāļĒāļĢāļēāļāļēāļāļāļāļāļĨ. (2536). āđāļāļāļŠāļēāļĢāļāļģāļŠāļāļāļ§āļāļē 322-331 āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ (Dif-ferential Equation) āļ āļēāļāļ§āļāļēāļāļāļāļĻāļēāļŠāļāļĢ, āļāļāļ°āļ§āļāļĒāļēāļĻāļēāļŠāļāļĢ, āļĄāļŦāļēāļ§āļāļĒāļēāļĨāļĒāļŠāļāļāļĨāļēāļāļāļĢāļāļāļĢāļ§āļāļĒāļēāđāļāļāļŦāļēāļāđāļŦāļ
[2] āļāļāļ°āļĻāļāļ āļāļēāļĒ āđāļāļĒāļ (2530). āļāļāļāļĢāļĄāļāļāļāļ (Infinite Series) (āļāļĄāļ āļāļĢāļ āļ āļŠāļāļ)āļāļĢāļāđāļāļāļĄāļŦāļēāļāļāļĢ, āļŠāļģāļāļāļāļĄāļāļŠāļāļēāļāļāđāļāļāđāļāđāļĨāļĒāļāļĢāļ°āļāļāļĄāđāļāļĨāļēāļāļĢāļ°āļāļāļĢāđāļŦāļāļ
[3] āļāļāļāļē āļāļĨāļĢāļāļ. (2533). āļāļāļāļāļāļāļēāļĄāļāļĢāļĢāļĄ āļ āļēāļāļ§āļāļēāļāļāļāļĻāļēāļŠāļāļĢ, āļāļāļ°āļ§āļāļĒāļēāļĻāļēāļŠāļāļĢ,āļĄāļŦāļēāļ§āļāļĒāļēāļĨāļĒāļŠāļāļāļĨāļēāļāļāļĢāļāļāļĢ āļ§āļāļĒāļēāđāļāļāļŦāļēāļāđāļŦāļ
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āļāļĢāļĢāļāļAbelâs formula, 141arbitrary constant, 69auxiliary equation, 83, 145
Bernoulli equation, 33boundary-valuedcondition, 71problem, 71
calculus, 4Cauchy-Euler equation, 128characteristic equation, 83, 145codomain, 76comparison test, 184complex conjugate, 59complex number, 57absolute value, 59argument, 59imaginary part, 58modulus, 59principal argument, 59, 61real part, 58
complex plane, 60conditionboundary, 71initial, 20
Cramerâs rule, 119
derviative, 4determinant, 140differential equation, 1exact, 37first order, 11ODE, 2ordinary differential equation, 2linear, 2, 28nonlinear, 2partial differential equation, 2PDE, 2second order, 57
discriminant, 64, 83, 91
exact differential, 37exact equation, 37existence and uniqueness theorem, 136exponential order, 184
family, 36formcomplex exponential, 60complex polar, 60derivation, 11, 54differential, 11, 54
functioncomplex exponential, 61
253
254 āļāļĢāļĢāļāļ
homogeneous, 24fundamental solution set, 77, 142, 170fundamental theoremof algebra, 63, 145on homogeneous equations, 76
geometric series, 217
higher-order differential equation, 135homogeneous Cauchy-Euler equation, 128homogeneous equation, 21, 74related homogeneous equation, 99
imaginary number, 57initial-valuedcondition, 20problem, 20, 69
integral, 12integrating factor, 46
Laplace transform, 179inverse Laplace transform, 179
linear combination, 76, 138linearly dependent, 138linearly independent, 77, 138
method of partial fractions, 199method of undetermined coefficients, 102
nonhomogeneous equation, 74
order, 2
power series, 216problemboundary-valued, 71initial-valued, 20, 69
rank, 140rational function, 199root, 63cubic, 64quadratic, 63
separable equation, 13solution, 6explicit, 5general, 15, 55, 142implicit, 5particular, 15, 55, 100, 155
Taylor series, 220total differential, 36variabledependent variable, 2independent variable, 2
variation of parameters, 117Wronskian, 78, 140āļāļēāļĢāļāļāļŠāļāļāļāļ§āļĒāļ§āļāļāļēāļĢāđāļāļĢāļĒāļāđāļāļĒāļ, 184āļāļēāļĢāđāļāļĢāļāļāļāļāļāļāļ§āđāļāļĢāđāļŠāļĢāļĄ, 117āļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļ, 179āļāļēāļĢāđāļāļĨāļāļĨāļēāļāļĨāļēāļāļāļāļāļ, 179
āļāļĢāļĢāļāļ 255
āđāļāļĨāļāļĨāļŠ, 4āļāļēāļāļāļāđāļāļāļāđāļ, 71āļāļāļŦāļē, 71
āļāļēāļāļāļāļ§āđāļ āđ, 69āļāļēāļāļāļāļāđāļāļāļāđāļ, 20, 71āļāļāļŦāļē, 20, 69
āļāļēāļĨāļģāļāļāļāļ, 140
āđāļāļāļāđāļāļāļāļāļ, 20, 71
āđāļāļāļāđāļāļāļāļ, 71
āļāļģāļāļ§āļāļāļāļāļ āļēāļ, 57āļāļģāļāļ§āļāđāļāļāļāļāļ, 57āļāļēāļŠāļĄāļāļĢāļ, 59āļĄāļāļāļĨāļŠ, 59āļŠāļ§āļāļāļĢāļ, 58āļŠāļ§āļāļāļāļāļ āļēāļ, 58āļāļēāļĢāļāļ§āđāļĄāļāļāļāļģāļāļ§āļāđāļāļāļāļāļ, 59āļāļēāļĢāļāļ§āđāļĄāļāļāļāļģāļāļ§āļāđāļāļāļāļāļāļŦāļĨāļ, 59, 61
āđāļāļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļĄāļĨāļāļēāļ, 77
āļāļāđāļāļāļĢāđāļĢāļāđāļāļĒāļĨāđāļāļāđāļĄāļāļāļĢāļ, 37āļāļŠāļāļĢāļĄāđāļāļāļ, 64, 83, 91āļāđāļāļāļĢāļĄāđāļāļāļ, 140āđāļāđāļĄāļāļĢāļ§āļĄāđāļāļĒāļ§, 76
āļāļ§āļāļĢāļ°āļāļāļāļāļĢāļāļāļ, 46āļāļ§āđāļāļĢāđāļĄāļāļŠāļĢāļ°, 2āļāļŠāļĢāļ°, 2
āļāļĪāļĐāļāļāļāļāļēāļĢāļĄāļāļĒāļāļĢāļāđāļāļĒāļāļŦāļāļāđāļāļĒāļ§āļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒ, 136
āļāļĪāļĐāļāļāļāļĄāļĨāļāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļ, 63, 145āļāļāļāļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļ, 76
āļāļĪāļĐāļāļāļāļĄāļĨāļāļēāļāļāļāļāļāļāļāļāļ, 63, 145āļāļāļŦāļēāļāļēāļāļāļ, 71āļāļēāļāļāļāļ, 20, 69
āļāļĨāđāļāļĨāļĒ, 6āđāļāļāļēāļ°, 15, 55, 100, 155āļāļāđāļāļ, 5āđāļāļĒāļāļĢāļĒāļēāļĒ, 5āļāļ§āđāļ, 15, 55, 142
āļāļĨāļāļēāļāđāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļ§āļĄ, 36āļāļĨāļĢāļ§āļĄāđāļāļāđāļŠāļ, 76, 138āļāļāļāļāļāđāļĨāļāļāļāļģāļĨāļāđāļāļāļāļāļ, 61āđāļāļāļāļāļ, 24
āļāļāļāļāļāļāļĢāļĢāļāļĒāļ°, 199āđāļĄāļāļŠāļĢāļ°āđāļāļāđāļŠāļ, 138āļĢāļāļāļŠāđāļāļĒāļ, 78, 140
256 āļāļĢāļĢāļāļ
āļĢāļ°āļāļēāļāđāļāļāļāļāļ, 60āļĢāļ°āđāļāļĒāļāļ§āļāđāļāļĒāļāļŠāļĄāļāļĢāļ°āļŠāļāļ, 102āļĢāļēāļ, 63āļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļģāļĨāļāļŠāļāļ, 63āļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļģāļĨāļāļŠāļēāļĄ, 64
āļĢāļāļāļāđāļāļāđāļĢāļāđāļāļĒāļĨ, 11, 54āļāļāļāļāļāđāļĨāļāļāļāļģāļĨāļāđāļāļāļāļāļ, 60āļāļāļāļāļ, 11, 54āđāļāļāļāļ§āđāļāļāļāļāļ, 60
āļ§āļāļĻ, 36āļ§āļāļāļēāļĢāđāļĒāļāđāļĻāļĐāļŠāļ§āļāļĒāļāļĒ, 199
āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļ-āļāļāļĒāđāļĨāļāļĢ, 128āļāļāļāđāļāļāļāļāļ, 128
āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāđāļĢāļāđāļāļāļĢāļŠāļāļ, 83, 145āļŠāļĄāļāļēāļĢāļāļ§āļĒ, 83, 145āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļ, 1āđāļāļāđāļĄāļāļāļĢāļ, 37āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļĒāļāļĒ, 2āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļēāļĄāļ, 2āđāļāļāđāļŠāļ, 2, 28āđāļĄāđāļāļāđāļŠāļ, 2āļāļāļāļāļāļŠāļāļ, 57āļāļāļāļāļāļŦāļāļ, 11
āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļāļŠāļ, 135āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļĢāļāļĨāļĨ, 33āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāđāļĄāļāļāļĢāļ, 37
āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĄāđāļāļāļāļāļ, 74, 135āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļĒāļāļāļāđāļ, 13āļŠāļĄāļāļēāļĢāđāļāļāļāļāļ, 21, 74, 135āļāđāļāļĒāļ§āļāļāļ, 99
āļŠāļāļĒāļāđāļāļāļāļāļ, 59āļŠāļāļĢāļāļāļāļāļēāđāļāļĨ, 141āļŦāļĨāļāđāļāļāļāļāļāļāļāļĢāļēāđāļĄāļāļĢ, 119āļāļāļāļĢāļĄāļāļģāļĨāļ, 216āļāļāļāļĢāļĄāđāļāļĒāđāļĨāļāļĢ, 220āļāļāļāļĢāļĄāđāļĢāļāļēāļāļāļ, 217āļāļāļāļāļ, 4āļāļāļāļ, 2āļāļāļāļāđāļĨāļāļāļāļģāļĨāļ, 184āļāļāļāļāļĢāļĨ, 12āļāļŠāļĢāļ°āđāļāļāđāļŠāļ, 77, 138āđāļāļāļāļāļāļāļĨāđāļāļĨāļĒāļĄāļĨāļāļēāļ, 142, 170