Dane jest równanie ' ( )

2 '( ) 10 ( )

37 cos 3

9 t

y t

y t

y t

t

e−

+

+

=

+

z warunkami początkowymi y0=1,

y0’=0.

y ' ( t) + 2 ay '( t) + by( t) = f ( t) , y(+0)=y0, y’(+0)=y’0.

( 2 p +2 ap+ b) Y( p)−2 ay − py + y' = F( p) 0

( 0

0 )

Rozwiązując ze względu na Y(p), otrzymujemy F ( p) + (2 a + p) y + y '

0

0

Y ( p) =

2

p + 2 ap + b

Równanie przetransferowane przyjmuje postać: p + 2

37 p

9

Y ( p) =

+

+

2

p + 2 p +10

( 2 p +9)( 2 p +2 p+10) ( p+ )1( 2 p +2 p+10)

−

p

t

37

9

f ( t) = 37 cos 3 t + 9 e ⇒ F ( p) = (

+

2

p + 9) ( p + )

1

ponieważ:

37 p

37 p

37 p

37 cos 3 t = 37 cosα t ≡

=

=

2

2

2

2

2

p + α

p + 3

p + 9

n 1

t −

− t

α t

1

9

9 e

= 9

e

≡ n =1∴α = −1∴9⋅

=

( n −1)!

( p −α ) n ( p + )1

Drugi i trzeci wyraz sumy rozkładamy na rzeczywiste ułamki proste. Otrzymujemy: p

Ap + B

Cp + D

( Ap + B)( 2 p + 2 p +10)+( Cp+ D)( 2 p +9

37

)

(

=

+

=

=

2

p + 9)( 2

p + 2 p +10)

2

2

p + 9

p + 2 p +10

( 2 p +9)( 2 p +2 p+10) 3

2

2

3

2

Ap + 2 Ap +10 Ap + Bp + 2 Bp +10 B + Cp + 9 Cp + Dp + 9 D

=

(

=

2

p + 9)( 2

p + 2 p +10)

3

p ( A + C )

2

+ p (2 A+ B + D) + p(10 A+ 2 B + 9 C) + (10 B + 9 D)

=

(

2

p + 9)( 2

p + 2 p +10)

 A + C = 0

 B + D + 2 A = 0



10 A



+ 2 B + 9 C = 37

1

 0 B + 9 D = 0

Rozwiązując ten układ równań za pomocą macierzy otrzymujemy: A=1, B=18, C=-1, D=-20.

37 p

p

18

p

20

(

=

+

−

−

2

p + 9)( 2

p + 2 p +10) ( 2

p + 9) ( 2

p + 9) ( 2

p + 2 p +10) ( 2

p + 2 p +10)

A

+

( 2 p +2 p+10)+( Bp+ C)( p A

Bp C

+ )

1

9

(

=

+

=

=

p + )

1 ( 2

p + 2 p +10) ( p + ) 1

( 2 p +2 p+10)

( p + )1( 2 p +2 p+10) 2

2

2

Ap + 2 Ap +10 A + Bp + Bp + Cp + C

p ( A + B) + p (2 A + B + C ) + (10 A + C ) (

=

p + )

1 ( 2

p + 2 p +10)

( p + )1( 2 p +2 p +10)

 A + B = 0

2 A+ B + C = 0

1

 0 A + C = 9

1

Rozwiązując ten układ równań za pomocą macierzy otrzymujemy: A=1, B=-1, C=-1.

9

1

p

1

(

=

−

−

p + )

1 ( 2

p + 2 p +10) ( p + ) 1

( 2 p +2 p+10) ( 2 p +2 p+10) Łącząc otrzymane wyniki można zapisać:

p + 2

p +18

− p − 20

1

− p −1

Y ( p) =

+

+

+

+

=

2

2

2

2

p + 2 p +10

p + 9

p + 2 p +10

p +1

p + 2 p +10

− p

19

p

18

1

=

−

+

+

+

2

2

2

2

p + 2 p +10

p + 2 p +10

p + 9

p + 9

p +1

Rozwiązanie otrzymamy poprzez transformację wyraz po wyrazie. W tym celu posłużymy się tabelami transformat Laplace’a.





− p

− p

α

2

2

2

2

=

≡ −cos β −α t −

sin

−α t

β −α t ⋅ e =

2

2

2



2

2

p

2 p 10

p

2α p β



β α



+

+

+

+

−





1

 −









t

1

− t

1

= −cos 10 −1 −

sin 10 −1  ⋅

= −cos3 − sin 3 ⋅

= −cos3 + sin 3

− t

t

e

t

t

e

t

t  e



10 −1





3





3







1

− 9

1

− 9

−α t

− t

e



e



2

2

=

≡ 1

− 9

sin β −α t  = −19

sin 10 −1 t  =

2

2

2



2

2

p

2 p 10

p

2α p β

β −α



+

+

+

+

 10 −1







1

= −19

− t

⋅ e ⋅sin 3 t

3

p

p

=

≡ cosα t = cos3 t

2

2

2

p + 9

p + α

18

α

18

=18

≡

sin α t = 6 ⋅sin 3 t

2

2

2

p + 9

p + α

α

n 1

−

0

1

1

t

α

t

t

− t

− t

=

≡ α = − ∴ = ∴

=

=

+

( p −α)

1

n

1

e

e

e

p 1

n

( n − )1!

0!



1

 − t 19

( ) =  − cos 3 + sin 3 

−

sin 3

− t

⋅

+ cos3 + 6sin 3

− t

Y p

t

t e

t e

t

t + e =



3



3



 1 19 



= −cos3 +  − sin 3 − t



+ cos3 + 6sin 3

− t

t

t e

t

t + e =



 3

3 



= (−cos3 − 6sin3 ) − t + cos3 + 6sin 3

− t

t

t e

t

t + e Jest to rozwiązanie równania różniczkowego.

A teraz rozwiążemy to równanie różniczkowe metodą tradycyjną:

' ( )

2 '( ) 10 ( )

37 cos 3

9 t

y t

y t

y t

t

e−

+

+

=

+

Rozwiązujemy równanie jednorodne:

y ' ( t) + 2 y '( t) +10 y( t) = 0 Równanie charakterystyczna ma następującą postać: 2

r + 2 r +10 = 0

2

∆ = 2 − 4⋅10 = −36

2

− − i 36

r =

= 1

− − 3 i

1

2

−2 + i 36

r =

= −1+ 3 i Rozwiązanie ogólne jest postaci: 2

2

− t

y = e ( C cos3 t + C sin 3 t , ponieważ mamy warunki początkowe to wyznaczmy stałe, 1

2

)

y0=1, y’0=0, x=0. Trzeba policzyć pochodną y.

2

'

− t

= − ( cos3 + sin3

− t

y

e

C

t

C

t + e

3 C (− sin 3 t) + 3 C cos 3 t 1

2

)

( 1

2

)

Tworzymy układ równań:

0

1

 = e− ( C cos3⋅0 + C sin3⋅0

1

2

)



0

0

 = − e− ( C cos 3⋅ 0 + C sin 3⋅ 0) 0

+ e− −3 C sin 3⋅0 + 3 C cos3⋅0

1

2

( 1

2

)

1

 = C 1



0 = C

− + 3 C

1

2

C



=1

1



1 Nasze rozwiązanie ogólne ma postać:

C



=

2



3

− 



t

1

y = e  cos 3 t + sin 3 t 



3



Nasze równanie ogólne po przekształceniach ma postać:

− t

=

( cos3 + sin3

− t

=

cos 3

− t

y

e

C

t

C

t

C e

t + C e sin 3 t

1

2

) 1

2

_

=

Ogólnie, jeżeli całkami szczególnymi równania jednorodnego są y( x) i y( x) , to muszą zachodzić związki

_

=

A'( x) y( x) + B '( x) y( x) = 0

_

=

f ( x)

A'( x) '

y ( x) + B '( x) '

y ( x) =

a

KONIEC

3