Здравствуйте, Ольга Никанова!
4) Общее решение линейного неоднородного дифференциального уравнения равно сумме общего решения соответствующего однородного уравнения и частного решения исходного неоднородного уравнения.
а) Решим соответствующее однородное дифференциальное уравнение:
Составим характеристическое уравнение:
Его решением будет
k[sub]1[/sub] = 1,
k[sub]2[/sub] = -3 - два различных вещественных корня. Следовательно, общее решение однородного уравнения имеет вид:
Правая часть исходного уравнения имеет специальный вид:
f(x) = e[sup]ax[/sup]P(x), где
a = 1,
P(x) = x+1 - многочлен первой степени. Поэтому частное решение исходного неоднородного уравнения ищем в виде:
где
Ax+B - многочлен с неопределёнными коэффициентами той же степени, что и
P(x), а дополнительный множитель
x обусловлен тем, что значение
a = 1 совпадает с корнем характеристического уравнения кратности 1. Тогда
Подставляя в исходное уравнение и сокращая на
e[sup]x[/sup], получаем:
откуда
Решением будет
A = 1/8,
B = 3/16. Тогда частное решение
и общее решение исходного неоднородного уравнения
б) Решим соответствующее однородное дифференциальное уравнение:
Составим характеристическое уравнение:
Его решением будет
k[sub]1[/sub] = i,
k[sub]2[/sub] = -i - два комплексно-сопряжённых корня. Следовательно, общее решение однородного уравнения имеет вид:
Правая часть исходного уравнения имеет специальный вид:
f(x) = P(x)cos bx + Q(x)sin bx, где
b = 1,
P(x) = 1 и
Q(x) = 0 - многочлены нулевой степени. Поэтому частное решение исходного неоднородного уравнения ищем в виде:
где
A,
B - многочлены с неопределёнными коэффициентами той же степени, что и
P(x), а дополнительный множитель
x обусловлен тем, что значение
bi = i совпадает с корнем характеристического уравнения. Тогда
Подставляя в исходное уравнение, получаем:
откуда
A = 0,
B = 1/2. Тогда частное решение
и общее решение исходного неоднородного уравнения