Resolva a equação diferencial: (d ^ 2y) / (dx ^ 2) 8 (dy) / (dx) = 16y? Discuta que tipo de equação diferencial é essa e quando ela pode surgir?

Resolva a equação diferencial: (d ^ 2y) / (dx ^ 2) 8 (dy) / (dx) = 16y? Discuta que tipo de equação diferencial é essa e quando ela pode surgir?
Anonim

Responda:

#y = (Ax + B) e ^ (4x) #

Explicação:

# (d ^ 2y) / (dx ^ 2) 8 (dy) / (dx) = 16y #

melhor escrito como

# (d ^ 2y) / (dx ^ 2) 8 (dy) / (dx) + 16a = 0 qquad triangle #

o que mostra que isso é equação diferencial homogênea de segunda ordem linear

tem equação característica

# r ^ 2 8 r + 16 = 0 #

que pode ser resolvido da seguinte forma

# (r-4) ^ 2 = 0, r = 4 #

esta é uma raiz repetida para que a solução geral está em forma

#y = (Ax + B) e ^ (4x) #

isso é não-oscilante e modela algum tipo de comportamento exponencial que realmente depende do valor de A e B. Pode-se imaginar que poderia ser uma tentativa de modelar interação entre população ou predador / presa, mas não posso dizer nada muito específico.

isso mostra instabilidade e isso é tudo o que eu poderia realmente dizer sobre isso

Responda:

# y = (C_1 + C_2x) e ^ {lambda x} #

Explicação:

A equação diferencial

# (d ^ 2y) / (dx ^ 2) -8 (dy) / (dx) + 16y = 0 #

é uma equação de coeficiente constante linear homogêneo.

Para essas equações, a solução geral tem a estrutura

#y = e ^ {lambda x} #

Substituindo nós temos

# e ^ {lambda x} (lambda ^ 2-8lambda + 16) = 0 #

Aqui # e ^ {lambda x} ne 0 # então as soluções devem obedecer

# lambda ^ 2-8lambda + 16 = (lambda-4) ^ 2 = 0 #

Resolvendo nós obtemos

# lambda_1 = lambda_2 = 4 #

Quando as raízes se repetem # d / (d lambda) e ^ {lambda x} # também é solução. No caso de # n # raízes repetidas, teremos como soluções:

#C_i (d ^ i) / (d lambda ^ i) e ^ {lambda x} # para # i = 1,2, cdots, n #

Então, para manter o número de condições iniciais, as incluímos como soluções independentes.

Neste caso nós temos

#y = C_1 e ^ {lambda x} + C_2d / (d lambda) e ^ {lambda x} #

o que resulta em

# y = (C_1 + C_2x) e ^ {lambda x} #

Essas equações aparecem ao modelar sistemas de parâmetros concentrados lineares, como aqueles encontrados na teoria de circuitos lineares ou na mecânica linear. Essas equações são normalmente tratadas usando métodos algébricos operacionais como os métodos de Transformação de Laplace.