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Question Number 108005 by Ar Brandon last updated on 13/Aug/20 | ||
$$\mathrm{1}.\:\:\mathrm{x}''\left(\mathrm{t}\right)+\mathrm{x}\left(\mathrm{t}\right)=\mathrm{tcos}\left(\mathrm{2t}\right)+\left(\mathrm{1}+\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \right)\mathrm{sin}\left(\mathrm{2t}\right) \\ $$$$\mathrm{2}.\:\:\mathrm{x}''\left(\mathrm{t}\right)+\mathrm{x}\left(\mathrm{t}\right)=\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \mathrm{cos}\left(\mathrm{2t}\right) \\ $$ | ||
Answered by mathmax by abdo last updated on 13/Aug/20 | ||
$$\left.\mathrm{2}\right)\:\mathrm{y}^{''} \:+\mathrm{y}\:=\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \mathrm{cos}\left(\mathrm{2t}\right) \\ $$$$\mathrm{h}\rightarrow\mathrm{r}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}\:=\mathrm{0}\:\Rightarrow\mathrm{r}\:=\overset{−} {+}\mathrm{i}\:\Rightarrow\mathrm{y}\:=\mathrm{acost}\:+\mathrm{bsint}\:=\mathrm{au}_{\mathrm{1}} \:+\mathrm{bu}_{\mathrm{2}} \\ $$$$\mathrm{W}\left(\mathrm{u}_{\mathrm{1}} ,\mathrm{u}_{\mathrm{2}} \right)\:=\begin{vmatrix}{\mathrm{cost}\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\mathrm{sint}}\\{−\mathrm{sint}\:\:\:\:\:\:\:\mathrm{cost}}\end{vmatrix}=\mathrm{1}\:\neq\mathrm{0} \\ $$$$\mathrm{W}_{\mathrm{1}} =\begin{vmatrix}{\mathrm{o}\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\mathrm{sint}}\\{\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \mathrm{cos}\left(\mathrm{2t}\right)\:\:\:\:\:\mathrm{cost}}\end{vmatrix}=−\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \:\mathrm{cos}\left(\mathrm{2t}\right)\mathrm{sint} \\ $$$$\mathrm{W}_{\mathrm{2}} =\begin{vmatrix}{\mathrm{cost}\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\mathrm{0}}\\{−\mathrm{sint}\:\:\:\:\:\:\:\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \mathrm{cos}\left(\mathrm{2t}\right)}\end{vmatrix}=\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \mathrm{cost}\:.\mathrm{cos}\left(\mathrm{2t}\right) \\ $$$$\mathrm{v}_{\mathrm{1}} =\int\:\frac{\mathrm{w}_{\mathrm{1}} }{\mathrm{W}}\mathrm{dt}\:=−\int\:\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \:\mathrm{cos}\left(\mathrm{2t}\right)\mathrm{sint}\:\mathrm{dt}\:\:\mathrm{we}\:\mathrm{have} \\ $$$$\mathrm{cos}\left(\mathrm{2t}\right)\mathrm{sint}\:=\mathrm{cos}\left(\mathrm{2t}\right)\mathrm{cos}\left(\frac{\pi}{\mathrm{2}}−\mathrm{t}\right)\:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\left\{\mathrm{cos}\left(\mathrm{t}+\frac{\pi}{\mathrm{2}}\right)+\mathrm{cos}\left(\mathrm{3t}−\frac{\pi}{\mathrm{2}}\right)\right\} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\left\{\mathrm{sin}\left(\mathrm{3t}\right)−\mathrm{sint}\right\}\:\Rightarrow\mathrm{v}_{\mathrm{1}} =−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\left(\int\:\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \mathrm{sin}\left(\mathrm{3t}\right)\mathrm{dt}−\int\:\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \mathrm{sint}\:\mathrm{dt}\right) \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\int\:\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \mathrm{sint}\:\mathrm{dt}\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\int\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \:\mathrm{sin}\left(\mathrm{3t}\right)\mathrm{dt}\:\:\mathrm{but} \\ $$$$\int\:\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \:\mathrm{sint}\:\mathrm{dt}\:=−\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \:\mathrm{cost}\:+\int\:\left(\mathrm{2t}\right)\:\mathrm{cost}\:\mathrm{dt} \\ $$$$=−\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \:\mathrm{cost}\:+\mathrm{2}\left\{\:\mathrm{tsint}\:−\int\:\mathrm{sint}\:\mathrm{dt}\right\}\:=−\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \mathrm{cost}\:+\mathrm{2t}\:\mathrm{sint}\:\:+\mathrm{2cost} \\ $$$$\int\:\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \mathrm{sin}\left(\mathrm{3t}\right)\mathrm{dt}\:=_{\mathrm{3t}\:=\mathrm{x}} \:\:\:\int\:\frac{\mathrm{x}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{9}}\mathrm{sinx}\:\frac{\mathrm{dx}}{\mathrm{3}}\:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{27}}\:\int\mathrm{x}^{\mathrm{2}} \mathrm{sinx}\:\mathrm{dx} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{27}}\left\{−\mathrm{x}^{\mathrm{2}} \mathrm{cosx}\:+\mathrm{2x}\:\mathrm{sinx}\:+\mathrm{2cosx}\right\} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{27}}\left\{−\left(\mathrm{3t}\right)^{\mathrm{2}} \mathrm{cos}\left(\mathrm{3t}\right)+\mathrm{6t}\:\mathrm{sin}\left(\mathrm{3t}\right)+\mathrm{2cos}\left(\mathrm{3t}\right)\right\}\:\Rightarrow \\ $$$$\mathrm{v}_{\mathrm{1}} =\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\left\{−\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \mathrm{cost}\:+\mathrm{2tsint}\:+\mathrm{2cost}\right\}\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{54}}\left\{−\mathrm{9t}^{\mathrm{2}} \mathrm{cos}\left(\mathrm{3t}\right)+\mathrm{6t}\:\mathrm{sin}\left(\mathrm{3t}\right)+\mathrm{2cos}\left(\mathrm{3t}\right)\right\} \\ $$$$\mathrm{v}_{\mathrm{2}} =\int\:\frac{\mathrm{w}_{\mathrm{2}} }{\mathrm{W}}\mathrm{dt}\:=\int\:\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \mathrm{cost}\:\mathrm{cos}\left(\mathrm{2t}\right)\mathrm{dt} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\int\:\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \left\{\mathrm{cos}\left(\mathrm{3t}\right)+\mathrm{cost}\right\}\:\mathrm{dt}\:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\int\:\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \mathrm{cos}\left(\mathrm{3t}\right)\mathrm{dt}\:+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\int\:\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \mathrm{cost}\:\mathrm{dt} \\ $$$$\int\:\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \mathrm{cost}\:\mathrm{dt}\:=\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \mathrm{sint}\:−\int\:\mathrm{2t}\:\mathrm{sint}\:\mathrm{dt}\:\:=\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \mathrm{sint}\:−\mathrm{2}\left\{−\mathrm{tcost}\:+\int\:\mathrm{cost}\:\mathrm{dt}\right\} \\ $$$$=\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \mathrm{sint}\:+\mathrm{2tcost}\:−\mathrm{2cost} \\ $$$$\int\:\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \mathrm{cos}\left(\mathrm{3t}\right)\mathrm{dt}\:=_{\mathrm{3t}\:=\mathrm{u}} \:\:\:\int\:\frac{\mathrm{u}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{9}}\mathrm{cos}\left(\mathrm{u}\right)\frac{\mathrm{du}}{\mathrm{3}}\:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{27}}\int\:\mathrm{u}^{\mathrm{2}} \mathrm{cosu}\:\mathrm{du} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{27}}\left\{\mathrm{u}^{\mathrm{2}} \mathrm{sinu}\:+\mathrm{2u}\:\mathrm{cosu}−\mathrm{2cosu}\right\}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{27}}\left\{\mathrm{9t}^{\mathrm{2}} \mathrm{sin}\left(\mathrm{3t}\right)+\mathrm{6t}\:\mathrm{cos}\left(\mathrm{3t}\right)−\mathrm{2cos}\left(\mathrm{3t}\right)\right\} \\ $$$$\:\Rightarrow\mathrm{y}_{\mathrm{p}} =\mathrm{u}_{\mathrm{1}} \mathrm{v}_{\mathrm{1}} \:+\mathrm{u}_{\mathrm{2}} \mathrm{v}_{\mathrm{2}} \:\mathrm{and}\:\mathrm{general}\:\mathrm{solution}\:\mathrm{is} \\ $$$$\mathrm{y}\:=\mathrm{y}_{\mathrm{h}} \:+\mathrm{y}_{\mathrm{p}} \\ $$$$ \\ $$$$ \\ $$ | ||
Commented by Ar Brandon last updated on 14/Aug/20 | ||
Thanks | ||
Commented by abdomathmax last updated on 14/Aug/20 | ||
$$\mathrm{you}\:\mathrm{are}\:\mathrm{welcome} \\ $$ | ||