Y 6y 9y 0 решить дифференциальное уравнение

Дифференциальные уравнения по-шагам

Результат

Примеры дифференциальных уравнений

• Простейшие дифференциальные ур-ния 1-порядка
• Дифференциальные ур-ния с разделяющимися переменными
• Линейные неоднородные дифференциальные ур-ния 1-го порядка
• Линейные однородные дифференциальные ур-ния 2-го порядка
• Уравнения в полных дифференциалах
• Решение дифференциального уравнения заменой
• Смена y(x) на x в уравнении
• Другие

Указанные выше примеры содержат также:

• квадратные корни sqrt(x),
  кубические корни cbrt(x)
• тригонометрические функции:
  синус sin(x), косинус cos(x), тангенс tan(x), котангенс ctan(x)
• показательные функции и экспоненты exp(x)
• обратные тригонометрические функции:
  арксинус asin(x), арккосинус acos(x), арктангенс atan(x), арккотангенс actan(x)
• натуральные логарифмы ln(x),
  десятичные логарифмы log(x)
• гиперболические функции:
  гиперболический синус sh(x), гиперболический косинус ch(x), гиперболический тангенс и котангенс tanh(x), ctanh(x)
• обратные гиперболические функции:
  asinh(x), acosh(x), atanh(x), actanh(x)
• число Пи pi
• комплексное число i

Правила ввода

Можно делать следующие операции

2*x — умножение 3/x — деление x^3 — возведение в степень x + 7 — сложение x — 6 — вычитание Действительные числа вводить в виде 7.5, не 7,5

Чтобы увидеть подробное решение,
помогите рассказать об этом сайте:

Калькулятор Обыкновенных Дифференциальных Уравнений (ОДУ) и Систем (СОДУ)

Порядок производной указывается штрихами — y»’ или числом после одного штриха — y’5

Ввод распознает различные синонимы функций, как asin , arsin , arcsin

Знак умножения и скобки расставляются дополнительно — запись 2sinx сходна 2*sin(x)

Список математических функций и констант :

• ln(x) — натуральный логарифм

• sh(x) — гиперболический синус

• ch(x) — гиперболический косинус

• th(x) — гиперболический тангенс

• cth(x) — гиперболический котангенс

• sch(x) — гиперболический секанс

• csch(x) — гиперболический косеканс

• arsh(x) — обратный гиперболический синус

• arch(x) — обратный гиперболический косинус

• arth(x) — обратный гиперболический тангенс

• arcth(x) — обратный гиперболический котангенс

• arsch(x) — обратный гиперболический секанс

• arcsch(x) — обратный гиперболический косеканс

Пример решения дифференциального уравнения

Решение находим с помощью сервиса линейные дифференциальные уравнения с постоянными коэффициентами.
Данное дифференциальное уравнение относится к линейным дифференциальным уравнениям с постоянными коэффициентами.
Решение уравнения будем искать в виде y = e rx . Для этого составляем характеристическое уравнение линейного однородного дифференциального уравнения с постоянными коэффициентами:
r 2 -6 r + 9 = 0
D = (-6) 2 — 4·1·9 = 0


Корни характеристического уравнения:
Корень характеристического уравнения r₁ = 3 кратности 2.
Следовательно, фундаментальную систему решений составляют функции:
y₁ = e 3x , y₂ = xe 3x
Общее решение однородного уравнения имеет вид: y = C₁·e 3x +C₂·x·e 3x
Найдем частное решение при условии:y(0) = 4/3, y'(0) = 1/27
Поскольку y(0) = c1, то получаем первое уравнение:
c1 = 4/3
Находим первую производную:
y’ = 3·c1·e 3·x +3·c2·x·e 3·x +c2·e 3·x
Поскольку y'(0) = 3·c1+c2, то получаем второе уравнение:
3·c1+c2 = 1/27
В итоге получаем систему из двух уравнений:
c1 = 4/3
3·c1+c2 = 1/27
т.е.:
c₁ = 4 /₃, c₂ = -107 /₂₇
Тогда частное решение при заданных начальных условиях можно записать в виде:

Рассмотрим правую часть:
f(x) = x 2 -x+3
Поиск частного решения.
Линейное дифференциальное уравнение с постоянными коэффициентами и правой частью вида:
R(x) = e αx (P(x)cos(βx) + Q(x)sin(βx)), где P(x), Q(x) — некоторые полиномы
имеет частное решение
y(x) = x k e αx (R(x)cos(βx) + S(x)sin(βx))
где k — кратность корня α+βi характеристического полинома соответствующего однородного уравнения, R(x), S(x) — полиномы, подлежащие определению, степень которых равна максимальной степени полиномов P(x), Q(x).
Здесь P(x) = x 2 -x+3, Q(x) = 0, α = 0, β = 0.
Следовательно, число α + βi = 0 + 0i не является корнем характеристического уравнения.
Уравнение имеет частное решение вида: y*=A·x 2 +B·x+C
Вычисляем производные:
y’ = 2·A·x+B
y″ = 2·A
которые подставляем в исходное дифференциальное уравнение:
y″ -6y’ + 9y = (2·A) -6(2·A·x+B) + 9(Ax 2 + Bx + C) = x 2 -x+3
или
9·A·x 2 -12·A·x+2·A+9·B·x-6·B+9·C = x 2 -x+3
Приравнивая коэффициенты при одинаковых степенях х, получаем систему уравнений:
9A = 1
-12A + 9B = -1
2A -6B + 9C = 3
Решая ее, находим:
A = 1 /₉;B = 1 /₂₇;C = 1 /₃;
Частное решение имеет вид:
y * = 1 /₉x 2 + 1 /₂₇x + 1 /₃
Таким образом, общее решение дифференциального уравнения имеет вид:

Пример №2. y″ +4y’ — 5y = 2·e x

Решение:
Данное дифференциальное уравнение относится к линейным дифференциальным уравнениям с постоянными коэффициентами.
Решение уравнения будем искать в виде y = e rx . Для этого составляем характеристическое уравнение линейного однородного дифференциального уравнения с постоянными коэффициентами:
r 2 +4 r — 5 = 0
D = 4 2 — 4·1·(-5) = 36


Корни характеристического уравнения:
r₁ = 1
r₂ = -5
Следовательно, фундаментальную систему решений составляют функции:
y₁ = e x
y₂ = e -5x
Общее решение однородного уравнения имеет вид: y = C₁·e 3x +C₂·e -5x
Найдем частное решение при условии:y(0) = 1, y'(0) = -1
Поскольку y(0) = c1+c2, то получаем первое уравнение:
c1+c2 = 1
Находим первую производную:
y’ = c1·e x -5·c2·e -5·x
Поскольку y'(0) = c1-5·c2, то получаем второе уравнение:
c1-5·c2 = -1
В итоге получаем систему из двух уравнений:
c1+c2 = 1
c1-5·c2 = -1
которую решаем или методом матриц или методом исключения переменных.
c₁ = 2 /₃, c₂ = 1 /₃
Тогда частное решение при заданных начальных условиях можно записать в виде:

Рассмотрим правую часть:
f(x) = 2·e x
Поиск частного решения.
Линейное дифференциальное уравнение с постоянными коэффициентами и правой частью вида:
R(x) = e αx (P(x)cos(βx) + Q(x)sin(βx)), где P(x), Q(x) — некоторые полиномы
имеет частное решение
y(x) = x k e αx (R(x)cos(βx) + S(x)sin(βx))
где k — кратность корня α+βi характеристического полинома соответствующего однородного уравнения, R(x), S(x) — полиномы, подлежащие определению, степень которых равна максимальной степени полиномов P(x), Q(x).
Здесь P(x) = 2, Q(x) = 0, α = 1, β = 0.
Следовательно, число α + βi = 1 + 0i является корнем характеристического уравнения кратности k = 1(r₁).
Уравнение имеет частное решение вида: y*=A·x 2 +B·x+C
Вычисляем производные: y’ = A·e x (x+1)
y″ = A·e x (x+2)
которые подставляем в исходное дифференциальное уравнение:
y″ + 4y’ -5y = (A·e x (x+2)) + 4(A·e x (x+1)) -5(x (Ae x )) = 2·e x
или
6·A·e x = 2·e x
Приравнивая коэффициенты при одинаковых степенях х, получаем систему уравнений:
6A = 2
Решая ее, находим:
A = 1 /₃;
Частное решение имеет вид:
y * = x ( 1 /₃e x )
Таким образом, общее решение дифференциального уравнения имеет вид:

Пример №3. y″ — 4y’ + 4y = 2sin(2x), y(0) = 0. y'(0) = -1

Решение:
Решение уравнения будем искать в виде y = e rx . Для этого составляем характеристическое уравнение линейного однородного дифференциального уравнения с постоянными коэффициентами:
r 2 -4 r + 4 = 0
D = (-4) 2 — 4·1·4 = 0


Корни характеристического уравнения:
Корень характеристического уравнения r₁ = 2 кратности 2.
Следовательно, фундаментальную систему решений составляют функции:
y₁ = e 2x
y₂ = xe 2x
Общее решение однородного уравнения имеет вид: y = C₁·e 2x +C₂·x·e 2x
Найдем частное решение при условии:y(0) = 0, y'(0) = -1
Поскольку y(0) = c1, то получаем первое уравнение:
c1 = 0
Находим первую производную:
y’ = 2·c1·e 2·x +2·c2·x·e 2·x +c2·e 2·x
Поскольку y'(0) = 2·c1+c2, то получаем второе уравнение:
2·c1+c2 = -1
В итоге получаем систему из двух уравнений:
c1 = 0
2·c1+c2 = -1
т.е.:
c₁ = 0, c₂ = -1
Тогда частное решение при заданных начальных условиях можно записать в виде:
y =-x·e 2x
Рассмотрим правую часть: f(x) = 2·sin(2·x)
Поиск частного решения.
Здесь P(x) = 0, Q(x) = 2, α = 0, β = 2.
Следовательно, число α + βi = 0 + 2i не является корнем характеристического уравнения .
Уравнение имеет частное решение вида: y * = Acos(2x) + Bsin(2x)
Вычисляем производные:
y’ = 2·B·cos(2x)-2·A·sin(2x)
y″ = -4(A·cos(2x)+B·sin(2x))
которые подставляем в исходное дифференциальное уравнение:
y″ -4y’ + 4y = (-4(A·cos(2x)+B·sin(2x))) -4(2·B·cos(2x)-2·A·sin(2x)) + 4(Acos(2x) + Bsin(2x)) = 2·sin(2·x)
или
8·A·sin(2x)-8·B·cos(2x) = 2·sin(2·x)
Приравнивая коэффициенты при одинаковых степенях х, получаем систему уравнений:
8A = 2
0A -8B = 0
Решая ее, находим:
A = 1 /₄;B = 0;
Частное решение имеет вид:
y * = 1 /₄cos(2x) + 0sin(2x)
или
y * = 1 /₄cos(2x)
Таким образом, общее решение дифференциального уравнения имеет вид:

Пример №4. Найти частное решение, общее решение и решение задачи Коши уравнения: y″ — 6y’ + 9y = 9x 2 +6x + 2, y(1) = 1, y'(1) = -1

Решение:
Решение уравнения будем искать в виде y = e rx . Для этого составляем характеристическое уравнение линейного однородного дифференциального уравнения с постоянными коэффициентами:
r 2 -6 r + 9 = 0
D = (-6) 2 — 4·1·9 = 0


Корни характеристического уравнения:
Корень характеристического уравнения r₁ = 3 кратности 2.
Следовательно, фундаментальную систему решений составляют функции:
y₁ = e 3x
y₂ = xe 3x
Общее решение однородного уравнения имеет вид:

Найдем частное решение при условии:y(1) = 1, y'(1) = -1
Поскольку y(1) = c1·e 3 +c2·e 3 , то получаем первое уравнение:
c1·e 3 +c2·e 3 = 1
Находим первую производную:
y’ = 3·c1·e 3·x +3·c2·x·e 3·x +c2·e 3·x
Поскольку y'(1) = 3·c1·e 3 +4·c2·e 3 , то получаем второе уравнение:
3·c1·e 3 +4·c2·e 3 = -1
В итоге получаем систему из двух уравнений:
c1·e 3 +c2·e 3 = 1
3·c1·e 3 +4·c2·e 3 = -1
которую решаем или методом матриц или методом исключения переменных.
c₁ = 5/e 3 , c₂ = -4/e 3
Тогда частное решение при заданных начальных условиях можно записать в виде:

Рассмотрим правую часть:
f(x) = 9·x 2 +6·x+2
Поиск частного решения.
Здесь P(x) = 9·x 2 +6·x+2, Q(x) = 0, α = 0, β = 0.
Следовательно, число α + βi = 0 + 0i не является корнем характеристического уравнения .
Уравнение имеет частное решение вида: y*=A·x 2 +B·x+C
Вычисляем производные:
y’ = 2·A·x+B
y″ = 2·A
которые подставляем в исходное дифференциальное уравнение:
y″ -6y’ + 9y = (2·A) -6(2·A·x+B) + 9(Ax 2 + Bx + C) = 9·x 2 +6·x+2
или
9·A·x 2 -12·A·x+2·A+9·B·x-6·B+9·C = 9·x 2 +6·x+2
Приравнивая коэффициенты при одинаковых степенях х, получаем систему уравнений:
9A = 9
-12A + 9B = 6
2A -6B + 9C = 2
Решая ее, находим:
A = 1;B = 2;C = 4 /₃;
Частное решение имеет вид:
y * = x 2 + 2x + 4 /₃
Таким образом, общее решение дифференциального уравнения имеет вид: