Processing math: 0%

Monday, January 4, 2016

Lineárne diferenciálne rovnice, Príklad 5

Lineárne diferenciálne rovnice

Príklad 5.

Nájdite partikulárne riešenie diferenciálnej rovnice
y^{\prime\prime}+5y^{\prime}+6y=0,
ak sú dané nasledujúce začiatočné podmienky
y(0)=1 a y^{\prime}(0)=-6.

Riešenie:
Najprv je potrebné nájsť všeobecné riešenie diferenciálnej rovnice.

Korene charakteristickej rovnice:
r^2+5r+6=0

r_1=-2 a r_2=-3.

Preto fundamentálny systém riešení má tvar
y_1=e^{-2x} a y_2=e^{-3x}.

Všeobecné riešenie lineárnej diferenciálnej rovnice bez pravej strany je
 y=c_1e^{-2x}+c_2e^{-3x}.

Ďalej vypočítame koeficienty c_1 a c_2 tak, aby spĺňali začiatočné podmienky y(0)=1 a y^{\prime}(0)=-6.

K dosadeniu začiatočných podmienok je potrebné ešte vypočítať prvú deriváciu nájdeného všeobecného riešenia diferenciálenej rovnice
 y=c_1e^{-2x}+c_2e^{-3x},
 y^{\prime}=-2c_1e^{-2x}-3c_2e^{-3x}.

Následne dosadíme podmienku y(0)=1 do riešenia  y=c_1e^{-2x}+c_2e^{-3x} a dostávame rovnicu 1=c_1\cdot 1+c_2\cdot 1
a podmienku y^{\prime}(0)=-6 do derivácie všeobecného riešenia  y^{\prime}=-2c_1e^{-2x}-3c_2e^{-3x} pričom dostávame rovnicu
 -6=-2c_1-3c_2.

Konštanty c_1 a c_2 potom vypočítame z riešenia sústavy rovníc
\begin{array}{rcl}    1&=&c_1+c_2\\  -6&=&-2c_1-3c_2 \end{array}

Z prvej rovnice vyjadríme c_1=1-c_2  a toto vyjadrenie dosadíme do druhej rovnice  a následne vypočítame c_2.

Teda -6=-2(1-c_2)-3c_2 z toho c_2=-3. Dopočitame c_1=4.

Riešenie danej diferenciálnej rovnice s uvedenými začiatočnými podmienkami má tvar
 y=4e^{-2x}-3e^{-3x}.

 

Lineárne diferenciálne rovnice, Príklad 3

Lineárne diferenciálne rovnice

Príklad 3.

Nájdite všeobecné riešenie diferenciálnej rovnice
y^{\prime\prime}+2y^{\prime}+5y=0.

Riešenie:
Korene charakteristickej rovnice:
r^2+2r+5=0
sú komplexne združené  a to
r_1= -1+2i a r_2=-1-2i.

Preto fundamentálny systém riešení má tvar
y_1=e^{-x}cos 2x a y_2=e^{-x}sin 2x.

Všeobecné riešenie lineárnej diferenciálnej rovnice bez pravej strany je
 y=e^{-x}(c_1cos 2x+c_2sin 2x).