BerandaSainsMatematikaPersamaan Diferensial - Persamaan Diferensial Parsial dan Deret Fourier - Bagian 1.11

Persamaan Diferensial – Persamaan Diferensial Parsial dan Deret Fourier – Bagian 1.11

Selesaikan masalah nilai batas yang diberikan atau tunjukkan bahwa masalah tersebut tidak memiliki solusi

$$x^2 y” – 2xy’ + 2y = 0, \ y(1) = -1, \ y(2) = 1$$

Untuk menyelesaikan masalah ini, kita gunakan beberapa tahap penyelesaian

Solusi Homogen

Kita ubah variabel menjadi polinomial

  • $x^2 y” = r(r – 1)$
  • $2xy’ = r$
  • $y = konstanta$

Maka persamaannya menjadi

$$r(r – 1) – 2r + 2 = 0$$

$$r^2 – r – 2r + 2 = 0$$

$$r^2 – 3r + 2 = 0$$

$$(r – 2)(r – 1) = 0$$

Solusinya adalah $r_1 = 2$ dan $r_2 = 1$

Ingat beberapa rumus ini

  • Akar-Akar Berbeda ($r_1 \neq r_2$): $C_1x^{r_1} + C_2x^{r_2}$
  • Akar-Akar Kembar ($r_1 = r_2$): $C_1x^r + C_2x^r \ln x$
  • Akar-Akar Imajiner ($\alpha \pm \beta i$): $x^\alpha [C_1 \cos (\beta \ln x) + C_2 \sin (\beta \ln x)]$

Karena akar-akarnya berbeda, solusinya adalah

$$y(x) = C_1x^2 + C_2x$$

Terapkan Batas

Kita terapkan syarat pertama

$$y(1) = C_1(1)^2 + C_2(1)$$

$$-1 = C_1 + C_2$$

$$\mathbf{C_1 + C_2 = -1}$$

Kita terapkan syarat kedua

$$y(2) = C_1(2)^2 + C_2(2)$$

$$1 = C_1(4) + C_2(2)$$

$$\mathbf{4C_1 + 2C_2 = 1}$$

Kita selesaikan persamaan linear

$$4C_1 + 4C_2 = -4$$

$$4C_1 + 2C_2 = 1$$

Dengan eliminasi, kita mendapatkan $C_1 = \frac{3}{2}$ dan $C_2 = -\frac{5}{2}$

Susun Ulang Persamaan

Dengan nilai $C_1 = \frac{3}{2}$ dan $C_2 = -\frac{5}{2}$, solusi akhirnya adalah

$$\mathbf{y(x) = \frac{3}{2}x^2 – \frac{5}{2}x}$$

Artikel Terkait

Tinggalkan komentar

Silakan masukkan komentar anda!
Silakan masukkan nama Anda di sini

Artikel Terbaru

Artikel Populer