Equazione differenziale non omogenea trigonometrica

Ciao raga non riesco a risolvere varie equazioni differenziali di secondo ordine, soprattutto se il termine noto è elaborato come in questo caso (è somma di funzioni trigonometriche):

y''+2y'+y = −3cos(2x)−4sin(2x)

Grazie mille!

Domanda di fibonacci
Soluzioni

Eccomi ciao fibonacci, dammi il tempo di risolverla e arrivo :)

Risposta di Ifrit

E' una equazione differenziale lineare del secondo ordine a coefficienti costanti non omogenea.

Si procede come segue:

• Determiniamo la soluzione della equazione omogenea associata:

y''(x)+2y'(x)+y(x) = 0

l'equazione caratteristica è:

λ^2+2 λ+1 = 0

Il discriminante associato alla equazione caratteristica è:

Δ = 4−4 = 0

le radici reali e coincidenti sono:

λ_1 = λ_2 = −1

La soluzione dell'omogenea pertanto sarà della forma:

y_o(x) = c_1 e^(−x)+c_2 x e^(−x)

A questo punto andiamo alla ricerca della soluzione particolare: 

Ricorda che se l'equazione differenziale si presenta nella forma:

y''(x)+ay'(x)+by(x) = f_1(x)+f_2(x) qquad(1)

Allora possiamo trovare le soluzioni particolari delle equazioni:

y''(x)+ay'(x)+by(x) = f_1(x)

e

y''(x)+ay'(x)+by(x) = f_2(x)

che chiamiamo rispettivamente y_1(x), y_2(x) allora y_1(x)+y_2(x) è soluzione particolare della equazione differenziale (1).

Nel nostro caso conviene quindi trovare la soluzione particolare delle equazioni differenziali:

y''(x)+2y'(x)+y(x) = −3cos(2x)

y''(x)+2y'(x)+y(x) = −4sin(2x)

Cominciamo con la prima equazione differenziale:

y''(x)+2y'(x)+y(x) = −3cos(2x)

Il termine al secondo membro si presenta nella forma:

f_1(x) = −3cos(2x)

Pertanto la soluzione particolare è:

y_(1,p)(x) = (3)/(25)(3cos(2x)−4sin(2x))

La si determina con il metodo di somiglianza.

La seconda equazione differenziale

y''(x)+2y'(x)+y(x) = −4sin(2x)

ha per soluzione:

y_(2, p)(x) = (4)/(25)(4cos(2x)+3sin(2x))

La soluzione particolare della equazione differenziale originaria è data dalla somma delle soluzioni particolari appena trovate:

y_p(x) = cos(2x)

L'integrale generale della equazione differenziale originaria è quindi:

y(x) = y_o(x)+y_p(x) = c_1 e^(−x)+c_2 x e^(−x)+cos(2x)

La trattazione del metodo di somiglianza richiede un bel po' di tempo, quindi se hai necessità in tal senso ti prego di intervenire nel forum :)

Risposta di Ifrit

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