cual es la solucion Yh de la ecuacion diferencial lineal no homogenea:
x^3*y +x^2*y -2x*y +2*y=2x^4
x^3y'''+x^2y''-2xy'+2y=2x^4
Hola
debemos hacer el cambio de variables de x a t
con la fórmula
x = e^t
Deducimos
dx = e^t dt = x dt
dx/dt = x
***********
Queda
dy/dt = dy/dx * dx/dt
dy/dt = x y'
****
x y' = dy/dt
********
d^2y/dt^2 = d(dy/dt)/dt
d^2y/dt^2 = d(dy/dt)/dx * (dx/dt)
d^2y/dt^2 = d( x y' )/dx * x
d^2y/dt^2 = x (y' + x y'')
d^2y/dt^2 = x y' + x^2 y''
d^2y/dt^2 = dy/dt + x^2 y''
x^2 y'' = d^2y/dt^2 - dy/dt
*************
d^3y/dt^3 = d(d^2y/dt^2)/dt
d^3y/dt^3 = d(d^2y/dt^2)/dx * (dx/dt)
d^3y/dt^3 = d( x y' + x^2 y'' )/dx * x
d^3y/dt^3 = x ( y' + x y'' + 2 x y'' + x^2 y''')
d^3y/dt^3 = x y' + 3 x^2 y'' + x^3 y'''
d^3y/dt^3 = (dy/dt) + 3 ( d^2y/dt^2 - dy/dt ) + x^3 y'''
d^3y/dt^3 = 3 d^2y/dt^2 - 2 dy/dt + x^3 y'''
x^3 y''' = d^3y/dt^3 - 3 d^2y/dt^2 + 2 dy/dt
Remplazamos en
x^3y''' + x^2y' - 2 x y' + 2 y = 2 x^4
(d^3y/dt^3 - 3 d^2y/dt^2 + 2 dy/dt) +
+ (d^2y/dt^2 - dy/dt) -
- 2 (dy/dt) + 2 y = 2 e^(4 t)
d^3y/dt^3 - 2 d^2y/dt^2 - dy/dt + 2 y = 2 e^(4 t)
Ahora, solución de homogenea
x^3 y''' + x^2 y' - 2 x y' + 2 y = 0
ó
d^3y/dt^3 - 2 d^2y/dt^2 - dy/dt + 2 y = 0
r^3 - 2 r^2 - r + 2 = 0
r^2 (r - 2) - (r - 2) = 0
(r^2 - 1) (r - 2) = 0
(r + 1) (r - 1) (r - 2) = 0
Soluciones
t = -1 ; +1 ; +2
Solución homogénea
yh = C1 e^(-t) + C2 e^t + C3 e^(2t)
yh = C1 (1/x) + C2 x + C3 x^2
Es facil de verificar que
1/x ; x ; x^2
verifican
Saludos
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Hola
x^3y'''+x^2y''-2xy'+2y=2x^4
debemos hacer el cambio de variables de x a t
con la fórmula
x = e^t
Deducimos
dx = e^t dt = x dt
dx/dt = x
***********
Queda
dy/dt = dy/dx * dx/dt
dy/dt = x y'
****
x y' = dy/dt
********
d^2y/dt^2 = d(dy/dt)/dt
d^2y/dt^2 = d(dy/dt)/dx * (dx/dt)
d^2y/dt^2 = d( x y' )/dx * x
d^2y/dt^2 = x (y' + x y'')
d^2y/dt^2 = x y' + x^2 y''
d^2y/dt^2 = dy/dt + x^2 y''
d^2y/dt^2 = x y' + x^2 y''
****
x^2 y'' = d^2y/dt^2 - dy/dt
*************
d^3y/dt^3 = d(d^2y/dt^2)/dt
d^3y/dt^3 = d(d^2y/dt^2)/dx * (dx/dt)
d^3y/dt^3 = d( x y' + x^2 y'' )/dx * x
d^3y/dt^3 = x ( y' + x y'' + 2 x y'' + x^2 y''')
d^3y/dt^3 = x y' + 3 x^2 y'' + x^3 y'''
****
d^3y/dt^3 = (dy/dt) + 3 ( d^2y/dt^2 - dy/dt ) + x^3 y'''
d^3y/dt^3 = 3 d^2y/dt^2 - 2 dy/dt + x^3 y'''
x^3 y''' = d^3y/dt^3 - 3 d^2y/dt^2 + 2 dy/dt
*************
Remplazamos en
x^3y''' + x^2y' - 2 x y' + 2 y = 2 x^4
(d^3y/dt^3 - 3 d^2y/dt^2 + 2 dy/dt) +
+ (d^2y/dt^2 - dy/dt) -
- 2 (dy/dt) + 2 y = 2 e^(4 t)
d^3y/dt^3 - 2 d^2y/dt^2 - dy/dt + 2 y = 2 e^(4 t)
Ahora, solución de homogenea
x^3 y''' + x^2 y' - 2 x y' + 2 y = 0
ó
d^3y/dt^3 - 2 d^2y/dt^2 - dy/dt + 2 y = 0
r^3 - 2 r^2 - r + 2 = 0
r^2 (r - 2) - (r - 2) = 0
(r^2 - 1) (r - 2) = 0
(r + 1) (r - 1) (r - 2) = 0
Soluciones
t = -1 ; +1 ; +2
Solución homogénea
yh = C1 e^(-t) + C2 e^t + C3 e^(2t)
ó
yh = C1 (1/x) + C2 x + C3 x^2
Es facil de verificar que
1/x ; x ; x^2
verifican
x^3 y''' + x^2 y' - 2 x y' + 2 y = 0
Saludos
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