Решение.
Исходное
уравнение является неоднородным
дифференциальным уравнением второго
порядка с постоянными коэффициентами
и правой частью, вида:
,
где
,
многочлен степени
.
Общее
решение дифференциального уравнения
имеет вид:
,
где
общее решение однородного дифференциального
уравнения
,
а
частное решение неоднородного
дифференциального уравнения.
Решим
характеристическое уравнение
,
производя в уравнении
замену
,
и
.
Тогда
.
Откуда
и
.
Если характеристическое уравнение имеет два различных действительных корня и , то общее решение соответствующего однородного дифференциального уравнения второго порядка с постоянными коэффициентами имеет вид
.
Следовательно,
общее решение однородного дифференциального
уравнения второго порядка с постоянными
коэффициентами
.
Найдем
частное решение исходного дифференциального
уравнения, которое будем отыскивать в
виде:
,
так как
не является корнем характеристического
уравнения. Так как
и
,
то, подставляя
,
,
в исходное уравнение, получим:
или
.
Откуда
и
Следовательно,
частное решение исходного дифференциального уравнения.
Таким образом,
общее решение дифференциального уравнения.
Ответ:
.
№10. Найти общее решение дифференциального уравнения:
.
Решение.
Исходное
уравнение является неоднородным
дифференциальным уравнением второго
порядка с постоянными коэффициентами
и правой частью вида:
,
где
,
многочлен степени
.
Общее решение дифференциального уравнения имеет вид: , где общее решение однородного дифференциального уравнения , а общее решение неоднородного дифференциального уравнения.
Решим
характеристическое уравнение
,
производя в уравнении
замену
,
и
.
Тогда
.
Откуда
.
Если характеристическое уравнение имеет два равных действительных корня (кратный корень), то общее решение соответствующего однородного дифференциального уравнения второго порядка с постоянными коэффициентами имеет вид
.
Следовательно,
общее решение однородного дифференциального
уравнения второго порядка с постоянными
коэффициентами
.
Заметим, что если характеристическое уравнение имеет два различных действительных корня и , то общее решение соответствующего однородного дифференциального уравнения второго порядка с постоянными коэффициентами имеет вид
.
Найдем
частное решение исходного дифференциального
уравнения, которое будем искать в виде:
,
так как
является кратным корнем характеристического
уравнения.
Заметим,
что если
является одним из действительных корней
характеристического уравнения, то
частное решение исходного дифференциального
уравнения имеет вид:
.
Так как
и
,
то, подставляя , , в исходное уравнение , получим:
или
,
т. е.
.
Откуда
,
т. е.
.
Следовательно,
частное решение исходного дифференциального уравнения.
Таким образом,
общее решение дифференциального уравнения.
Ответ: .
№11.
Исследовать сходимость ряда: а)
