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二階線型定数係数方程式-基本演習md 4cb8a70
exercise/math/differential-equations/second-order-linear-constant-coefficient-odes.exercise.n.md
二階線型定数係数方程式-基本演習
mathdifferential-equationsexercisesecond-orderconstant-coefficient
data/lecture/math/differential-equations/second-order-linear-constant-coefficient-odes.lecture.n.md
1演習の方針
定数係数の二階線型では、e^{rx} を入れて特性方程式を作る。根が異なるか、重なるか、複素根かで解の形が変わる。
2問題 1
次の微分方程式を解け。
y''-5y'+6y=0
2.1解答例
○
y=C_1e^{2x}+C_2e^{3x}
2.2解説
特性方程式は r^2-5r+6=0 である。r=2,3 は異なる実根なので、e^{2x},e^{3x} が独立な基本解になる。
3問題 2
重解が出る場合を解け。
y''-4y'+4y=0
3.1解答例
○
y=(C_1+C_2x)e^{2x}
3.2解説
特性方程式は (r-2)^2=0 である。e^{2x} だけでは二次元の解空間を埋められないので、xe^{2x} を第2の基本解として加える。
4問題 3
次の式を実数値の形で解け。
y''+4y=0
4.1解答例
○
y=C_1\cos 2x+C_2\sin 2x
4.2解説
特性方程式は r^2+4=0 なので r=\pm2i である。複素指数関数から実部と虚部を取ると、\cos 2x と \sin 2x が得られる。