давно
Мастер-Эксперт
17387
18353
18.08.2009, 13:00
общий
это ответ
Здравствуйте, иванов виталий витальевич.
Итак, как следует из Вашего сообщения в мини-форуме, заданное уравнение имеет вид y” + 10y’ + 25 = 0. Перепишем это уравнение следующим образом:
y" + 10y’ = -25 (1)
и рассмотрим сначала однородное уравнение
y” + 10y’ = 0. (2)
Решим характеристическое уравнение λ2 + 10λ = 0: λ(λ + 10) = 0, λ1 = 0, λ2 = -10. Корнями характеристического уравнения являются различные действительные числа. Поэтому общее решение уравнения (2) имеет вид
y* = C1e0x + C2e-10x = C1 + C2e-10x. (3)
Применим для нахождения частного решения уравнения (1) метод вариации произвольных постоянных. Будем искать его в виде
y** = C1(x)y1 + C2(x)y2,
где y1 = 1, y2 = e-10x – фундаментальная система решений уравнения (2), а C1(x), C2(x) – решения системы дифференциальных уравнений
C1’y1 + C2’y2 = 0,
C1’y1’ + C2’y2’ = f(x),
то есть
С1’ ∙ 1 + C2’ ∙ e-10x = 0,
C1’ ∙ 0 + C2’ ∙ (-10)e-10x = -25.
Из второго уравнения системы находим
C2’ ∙ (-10) e-10x = -25,
C2’ = (5/2)e10x,
откуда после интегрирования получим
C2(x) = (5/2)∫e10xdx = (5/2)∫e10x ∙ (1/10) ∙ d(10x) = (5/20) ∫e10x d(10x) = (1/4)e10x (постоянную интегрирования полагаем равной нулю).
Из второго уравнения системы находим
С1’ ∙ 1 + (1/4)e10x ∙ e-10x = 0,
С1’ + 1/4 = 0,
С1’ = -1/4,
откуда после интегрирования получим
C1(x) = (-1/4)∫dx = -x/4.
Следовательно, частное решение уравнения (1) имеет вид
y** = C1(x) ∙ 1 + C2(x) ∙ e-10x = -x/4 + (1/4)e10x ∙ e-10x = -x/4 + 1/4,
а его общее решение суть
y = y* + y** = C1 + C2e-10x – x/4 + 1/4. (3)
Тогда
y' = -10C2e-10x – 1/4. (4)
Согласно условию, y(-1) = 2e5, y’(-1) = -4e5, и после подстановки этих значений в выражения (3) и (4) получим следующую систему уравнений
2e5 = C1 + C2e10 + 1/4 + 1/4,
-4e5 = -10C2e10 – 1/4,
или
C1 + C2e10 + 1/2 = 2e5,
-10C2e10 – 1/4 = -4e5,
решая которую, находим
-10C2e10 = -4e5 + 1/4, C2 = (-4e5 + 1/4)/(-10e10),
C1 + C2e10 + 1/2 = 2e5, C1 = 2e5 – C2e10 – 1/2 = 2e5 – (-4e5 + 1/4)/(-10e10)e10 – 1/2 =
= 2e5 + (-4e5 + 1/4)/10 – 1/2 = (8/5)e5 – 19/40,
или окончательно
C1 = (8/5)e5 – 19/40, C2 = (2/5)e-5 – (1/40)e-10. (5)
Из выражений (3) и (5) следует, что искомым решением задачи Коши является функция
y = (8/5)e5 – 19/40 + [(2/5)e-5 – (1/40)e-10]e-10x – x/4 + 1/4 =
= -x/4 + [(2/5)e-5 – (1/40)e-10]e-10x – 9/40 + (8/5)e5.
Находим значение этой функции при x1 = 0:
y(0) = (8/5)e5 + (2/5)e-5 – (1/40)e-10 – 9/40.
Ответ: y = -x/4 + [(2/5)e-5 – (1/40)e-10]e-10x – 9/40 + (8/5)e5; y(0) = (8/5)e5 + (2/5)e-5 – (1/40)e-10 – 9/40.
Вам нужно проверить выкладки во избежание ошибок.
С уважением.
Об авторе:
Facta loquuntur.