Дано линейное дифференциальное уравнение второго порядка:
y''-4y'+5y=0.
Решите это уравнение.
Другие предметы Университет Линейные дифференциальные уравнения второго порядка линейное дифференциальное уравнение уравнение второго порядка решение дифференциального уравнения математика университет методы решения уравнений
Для решения линейного дифференциального уравнения второго порядка с постоянными коэффициентами, такого как y'' - 4y' + 5y = 0, мы используем метод характеристического уравнения. Давайте разберем шаги решения:
Составление характеристического уравнения:
Для уравнения вида ay'' + by' + cy = 0, характеристическое уравнение имеет вид ar^2 + br + c = 0. В нашем случае:
Характеристическое уравнение будет:
r^2 - 4r + 5 = 0
Решение характеристического уравнения:
Для решения квадратного уравнения r^2 - 4r + 5 = 0, используем формулу для корней квадратного уравнения:
r = (-b ± √(b^2 - 4ac)) / 2a
Подставляем наши коэффициенты:
Находим дискриминант:
D = b^2 - 4ac = (-4)^2 - 4*1*5 = 16 - 20 = -4
Поскольку дискриминант отрицательный, у нас будут комплексные корни.
Вычислим корни:
r = (4 ± √(-4)) / 2
Это дает:
r = (4 ± 2i) / 2
Таким образом, корни:
r1 = 2 + i, r2 = 2 - i
Запись общего решения:
Для комплексных корней вида α ± βi, общее решение уравнения имеет вид:
y(t) = e^(αt) (C1 cos(βt) + C2 sin(βt))
В нашем случае, α = 2 и β = 1. Поэтому общее решение будет:
y(t) = e^(2t) (C1 cos(t) + C2 sin(t))
Таким образом, общее решение данного линейного дифференциального уравнения второго порядка: y(t) = e^(2t) (C1 cos(t) + C2 sin(t)), где C1 и C2 — произвольные постоянные, определяемые из начальных условий, если они заданы.