บทที4...
TRANSCRIPT
บทท 4สมการเชงอนพนธเชงเสนอนดบสง
4.1 ทฤษฎสมการเชงเสนอนดบสง
ในหวขอนเราจะศกษานยามและทฤษฎบททเปนพนฐานในการหาผลเฉลยทวไปของสมการเชงเสนอนดบสง
4.1.1 ปญหาคาเรมตนและปญหาคาขอบ
ในบทท 1 เราไดกลาวถงปญหาคาเรมตน (initial-value problem)
an(x)dny
dxn+ an−1(x)
dn−1y
dxn−1+ · · ·+ a1(x)
dy
dx+ a0(x)y = g(x),
โดยท y(x0) = y0, y′(x0) = y1, . . . , y
(n−1)(x0) = yn−1
ซงเราสามารถยนยนการมอยจรงเพยงหนงเดยวของผลเฉลยของปญหาคา เรมตนนในกรณท n = 1 ไดดงทฤษฎบท 1.1 ในทน เราสามารถยนยนการมอยจรงของเพยงหนงเดยวของผลเฉลยของปญหาคาเรมตนไดดงทฤษฎบทตอไปน
101
102 4 สมการเชงอนพนธเชงเสนอนดบสง
ทฤษฎบท 4.1 (การมอยจรงเพยงหนงเดยวของผลเฉลย)พจารณาปญหาคาเรมตน
an(x)dny
dxn+ an−1(x)
dn−1y
dxn−1+ · · ·+ a1(x)
dy
dx+ a0(x)y = g(x),
โดยท y(x0) = y0, y′(x0) = y1, . . . , y
(n−1)(x0) = yn−1
กาหนด ให I เปน ชวง ใด ๆ ท x0 ∈ I ถาan(x), an−1(x), . . . , a1(x), a0(x) และ g(x) เปน ฟงกชนตอเนองบนชวง I และ an(x) = 0 สาหรบทก x ∈ I แลวสาหรบทกเงอนไขเรมตน y0, y1, . . . , yn จะมผลเฉลย y(x) ของปญหาคาเรมตนนเพยงหนงเดยวบนชวง I
ตวอยาง 4.1 จงแสดงวาปญหาคาเรมตน3y′′′ + 5y′′ − y′ + 7y = 0,
y(1) = 0, y′(1) = 0 และ y′′(1) = 0
มผลเฉลยเพยงหนงเดยววธทา
4.1 ทฤษฎสมการเชงเสนอนดบสง 103
ตวอยาง 4.2 จงแสดงวาฟงกชน y = 3e2x+e−2x−3x เปนผลเฉลยเพยงหนงเดยวของปญหาคาเรมตน
y′′ − 4y = 12x, y(0) = 4, y′(0) = 1
วธทา
104 4 สมการเชงอนพนธเชงเสนอนดบสง
สงเกตวา เงอนไข ai(x), i = 1, 2, . . . , n เปนฟงกชน ตอ เนองและan(x) = 0 สาหรบทก x ∈ I มความสาคญกบการมมเพยงหนงเดยวของผลเฉลยเปนอยางมาก ตวอยางเชน สาหรบทกคาคงตว c ∈ R จะไดวาฟงกชน y = cx2 + x+ 3 เปนผลเฉลยของปญหาคาเรมตน
x2y′′ − 2xy′ + 2y = 6, y(0) = 3, y′(0) = 1
บนชวง (−∞,∞) (Verify!) ซงทาใหไดวาปญหาคาเรมตนนมผลเฉลยเปนอนนต ทงนหากเราพจารณาปญหาคาเรมตนนเทยบกบเงอนไขในทฤษฎบท 4.1 จะพบวาปญหาคาเรมตนนไมสอดคลองกบทฤษฎบท4.1 กลาวคอ คาฟงกชน a2(0) มคาเปนศนยนนเอง
ปญหาอกชนดหนงซงเกยวของกบการหาผลเฉลยของสมการเชงเสนอนดบสงทมความสาคญอยางมากเชนเดยวกบปญหาคาเรมตนคอปญหาคาขอบ (boundary-value problem, BVP)
a2(x)d2y
dx2+ a1(x)
dy
dx+ a0(x)y = g(x),
โดยท y(a) = y0 และ y′(b) = y1
ซงเราจะเรยก y(a) = y0 และ y(b) = y1 ทกาหนดใหนวา เงอนไขขอบ(boundary condition) นอกจากนเงอนไขขอบอาจเขยนอยในรปแบบอน เชน
y′(a) = y0 และ y(b) = y1
y(a) = y0 และ y′(b) = y1
y′(a) = y0 และ y′(b) = y1
โดยท y0 และ y1 เปนคาคงตว
4.1 ทฤษฎสมการเชงเสนอนดบสง 105
ถง แมวา เงอนไขใน ปญหา คาขอบจะสอดคลองกบทฤษฎบท 4.1อยางไรกตาม เราไมสามารถยนยนไดวาผลเฉลยของปญหาคาขอบจะมเพยงหนงเดยวเทานนหรอไม ซงในบางครงปญหาคาขอบอาจไมมผลเฉลยกเปนไดตวอยาง 4.3 พจารณาวงศของฟงกชน x = c1 cos t + c2 sin t ซงเปนผลเฉลยของสมการเชงอนพนธ
x′′ + 16x = 0 (Verify!)
จงพจารณาวาปญหาคาขอบทมเงอนไขขอบซงกาหนดใหตอไปนมผลเฉลยหรอไม1. เงอนไขขอบ x(0) = 0 และ x (π/2) = 0
2. เงอนไขขอบ x(0) = 0 และ x (π/8) = 0
3. เงอนไขขอบ x(0) = 0 และ x (π/2) = 1
วธทา
106 4 สมการเชงอนพนธเชงเสนอนดบสง
4.1.2 สมการเชงเสนเอกพนธ
บทนยาม 4.1 เราจะเรยกสมการเชงเสนอนดบ n
an(x)dny
dxn+ · · ·+ a1(x)
dy
dx+ a0(x)y = 0 (4.1)
วา สมการเอกพนธ (homogeneous equation) และจะเรยกสมการเชงเสนอนดบ n
an(x)dny
dxn+ · · ·+ a1(x)
dy
dx+ a0(x)y = g(x) (4.2)
โดยท g(x) = 0 วา สมการไมเอกพนธ (nonhomogeneous equa-tion)ตวอยางเชน สมการเชงเสนอนดบสอง
2y′′ + y′ − 7y = 0
เปนสมการเอกพนธ แตสมการเชงเสนอนดบสาม
x2y′′′ + 5y = ex
เปนสมการไมเอกพนธในการศกษาการหาผลเฉลยของสมการเอกพนธและไมเอกพนธนน
เราจะสมมตใหสมมตฐานตอไปนเปนจรงบนชวง I ใด ๆ เสมอ1. ฟงกชนสมประสทธ ai(x), i = 1, . . . , n และ g(x) เปนฟงกชนตอ
เนอง2. an(x) = 0 สาหรบทก x ∈ I
4.1 ทฤษฎสมการเชงเสนอนดบสง 107
โดยปกตแลว เราจะใชสญลกษณ Dy แทนอนพนธ dydx
ซง ตอไปนสญลกษณ D จะ ถก เรยกวา ตวดาเนนการ เชงอนพนธ (differentialoperator) ตวอยางเชน
D(cos 2x) = −2 sin 2x
และD(5x4 − 3x2) = 20x3 − 6x
ในทานองเดยวกนน เราสามารถเขยนอนพนธอนดบสงใหอยในรปของตวดาเนนการเชงอนพนธได เชน
d2y
dx2=
d
dx
(dy
dx
)= D(Dy) =: D2(y)
และในกรณทวไปDny :=
dny
dxn
โดยท y เปนฟงกชนหาอนพนธไดอนดบ n
ทงน นพจนเชงพหนามของตวดาเนนการเชงอนพนธ D ยงคงเปนตวดาเนนการเชงอนพนธ เชน
D + 2
D2 + 3D − 1
และ5x3D3 − 6x2D2 + 4xD + 7
เปนตน ซงในกรณทวไป เราสามารถนยาม ตวดาเนนการเชงอนพนธอนดบ n (nth-order differential operator) หรอ ตวดาเนนการพหนาม(polynomial operator) เปน
108 4 สมการเชงอนพนธเชงเสนอนดบสง
L := an(x)Dn + an−1(x)D
n−1 + · · ·+ a1(x)D + a0(x) (4.3)
สงเกตวาตวดาเนนการเชงอนพนธ D สอดคลองกบสมบตเชงเสน(linearity) กลาวคอ สาหรบคาคงตว c ใด ๆ จะได
D(cf(x)) = cDf(x)
และD(f(x) + g(x)) = Df(x) +Dg(x)
(Verify!) ซงสงผลใหตวดาเนนการพหนาม L สอดคลองกบสมบตเชงเสนตามไปดวย (Verify!) นนคอ หากเรากลาวถงตวดาเนนการพหนามL พงระลกเสมอวา L เปนตวดาเนนการเชงเสน อนง เราสามารถเขยนสมการเชงเสน (4.1) และ (4.2) ในรปของตวดาเนนการพหนามไดเปน
L(y) = 0
และL(y) = g(x)
ตามลาดบ และแนนอนวาเราสามารถเขยนสมการเชงเสนใหอยในรปของตวดาเนนการเชงอนพนธได เชน
y′′ + 5y′ + 6y = 5x− 3
เขยนไดเปนD2y + 5Dy + 6y = 5x− 3
หรอ(D2 + 5D + 6)y = 5x− 3
นนเองในสวนตอไปน เราจะกลาวถงการสรางผลเฉลยของสมการเอกพนธ
จากผลเฉลยททราบกอนแลว กลาวคอ ถาเรานาผลเฉลยของสมการเอก
4.1 ทฤษฎสมการเชงเสนอนดบสง 109
พนธตงแต 2 ตวขนไปมารวมกน แลวผลรวมของผลเฉลยเหลานนยงคงเปนผลเฉลยของสมการเอกพนธนนดวย ซงเราจะเรยกวธการนวา หลกการทบซอน (superposition principle) ดงทฤษฎบทตอไปน
ทฤษฎบท 4.2 (หลกการทบซอนของสมการเอกพนธ)ให y1, y2, . . . , yn เปนผลเฉลยของสมการเอกพนธอนดบ n (4.1)บนชวง I แลวผลรวมเชงเสน
y = c1y1(x) + c2y2(x) + · · ·+ cnyn(x)
โดยท ci, i = 1 . . . , n เปน คาคงตว ใด ๆ จะ เปนผล เฉลยของสมการเอกพนธ (4.1) ดวยสงเกตวาผลเฉลยชด (trivial solution) y = 0 เปนผลเฉลยของสมการ
เอกพนธเสมอ (Why?)ตวอยาง 4.4 เนองจาก y1 = x2 และ y2 = x2 ln x เปนผล เฉลยของสมการเอกพนธ
x3y′′′ − 2xy′ + 4y = 0
จงแสดงวาฟงกชน y = c1x2 + c2x ln x เปนผลเฉลยของสมการเอก
พนธนวธทา
110 4 สมการเชงอนพนธเชงเสนอนดบสง
ในสวนตอไป เราจะกลาวถงสมบตของผลเฉลยทสาคญมากในการศกษาสมการเชงเสนเอกพนธดงน
บทนยาม 4.2 เซต ของ ฟงกชน f1(x), f2(x), . . . , fn(x) จะ ถกกลาววา ไม อสระ เชง เสน (linearly dependent) บนชวง I ถา มคาคงตว c1, c2, . . . , cn ทไมเปนศนยพรอมกนและทาให
c1f1(x) + c2f2(x) + · · ·+ cnfn(x) = 0
สาหรบทก x ∈ I และถาเซตของฟงกชนไมเปนเซตไมอสระเชงเสนบนชวง I แลวเราจะกลาววาเซตดงกลาวนอสระเชงเสน(linearly independent)
ตวอยาง 4.5 (1) จง แสดง วา เซต ของ ฟงกชน f1(x) = sin 2x และf2(x) = sin x cosx ไมอสระเชงเสนบน (−∞,∞)
(2) จงแสดงวาเซตของฟงกชน f1(x) = x และ f2(x) = |x| อสระเชงเสนบน (−∞,∞)
วธทา
4.1 ทฤษฎสมการเชงเสนอนดบสง 111
สงเกตวา ถาเซตของฟงกชน f1(x) และ f2(x) อสระเชงเสนบนชวงI แลว f2(x)
f1(x)จะไมเปนคาคงตวบนชวง I (Why?)
ตวอยาง 4.6 จง แสดง วา เซต ของ ฟงกชน f1(x) = cos2 x, f2(x) =
sin2 x, f3(x) = sec2 x และ f4(x) = tan2 x ไมอสระเชง เสนบนชวง(−π/2, π/2)
112 4 สมการเชงอนพนธเชงเสนอนดบสง
สงเกตวา ถามฟงกชนอยางนอยหนงฟงกชนทเขยนอยในรปของผลรวมเชงเสนของฟงกชนอน ๆ ในเซตของฟงกชนทพจารณาได แลวเซตของฟงกชนนน ๆ จะไมอสระเชงเสนตวอยาง 4.7 จงแสดงวา เซตของ ฟงกชน f1(x) =
√x + 5, f2(x) =√
x+ 5x, f3(x) = x− 1 และ f4(x) = x4 ไมอสระเชงเสนบน (0,∞)
4.1 ทฤษฎสมการเชงเสนอนดบสง 113
ตอไปจะกลาวถงเครองมอทสาคญในการตรวจสอบวาเซตของผลเฉลยของสมการเชงเสนเอกพนธเปนเซตอสระเชงเสนหรอไมดงน
บทนยาม 4.3 (รอนสเกยน)ให f1(x), f2(x), . . . , fn(x) เปนฟงกชนหาอนพนธไดอนดบ n−
1 ขนไป เราจะเรยกตวกาหนด (determinant)
W (f1, f2, . . . , fn) :=
∣∣∣∣∣∣∣∣∣f1 f2 · · · fnf ′1 f ′
2 · · · f ′n... ... . . . ...
f(n−1)1 f
(n−1)2 · · · f (n−1)
n
∣∣∣∣∣∣∣∣∣วา รอนสเกยน (Wronskian) ของฟงกชน
ทฤษฎบท 4.3 (ผลเฉลยอสระเชงเสน)ให {y1, y2, . . . , yn} เปนเซตของผลเฉลยของสมการเชงเสนเอกพนธอนดบ n (4.1) บนชวง I แลว เซตของผลเฉลยอสระเชงเสนบนชวง I กตอเมอ รอนสเกยนของฟงกชน
W (f1, f2, . . . , fn) = 0
สาหรบทก x ∈ I
ในทน เราจะนยามเซตของผลเฉลยอสระเชงเสนของสมการเชงเสนเอกพนธอนดบ n ดงนยามตอไปน
บทนยาม 4.4 (เซตผลเฉลยหลกมล)เราจะเรยกเซตของผลเฉลยอสระเชงเสน {y1, y2, . . . , yn} ใด ๆของสมการเชงเสนเอกพนธอนดบ n (4.1) บนชวง I วา เซตผลเฉลยหลกมล (fundamental solution set) บนชวง I
114 4 สมการเชงอนพนธเชงเสนอนดบสง
แนนอนวา คาถามทจะตองเกดขนคอ เซตผลเฉลยหลกมลนมอยจรงหรอไม ซงเราสามารถยนยนการมอยจรงของเซตผลเฉลยหลกมลสาหรบสมการเชงเสนเอกพนธไดดงน
ทฤษฎบท 4.4 (การมอยจรงของเซตผลเฉลยหลกมล)สาหรบสมการเชงเสนเอกพนธอนดบ n (4.1) ทนยามบนชวง Iใด ๆ จะมเซตผลเฉลยหลกมลเสมอ
ถาเราทราบเซตผลเฉลยหลกมลของสมการเชงเสนเอกพนธบนชวงI ใด ๆ แลวเราสามารถหาผลเฉลยทวไป (general solution) ของสมการนน ๆ ไดดงทฤษฎบทตอไปน
ทฤษฎบท 4.5 (ผลเฉลยทวไปของสมการเชงเสนเอกพนธ)ให {y1, y2, . . . , yn} เปนเซตของผลเฉลยหลกมลของสมการเชงเสนเอกพนธอนดบ n (4.1) บนชวง I แลว ผลเฉลยทวไปของสมการนบนชวง I คอ
y = c1y1(x) + c2y2(x) + · · ·+ cnyn(x)
โดยท c1, i = 1, . . . , n เปนคาคงตวจากทฤษฎบทขางตน เราจะพบวา ถา y(x) เปนผลเฉลยใด ๆ ของ
(4.1) บนชวง I ใด ๆ แลว เราจะสามารถหาคาคงตว c1, c2, . . . , cn ททาให
y = c1y1(x) + c2y2(x) + · · ·+ cnyn(x)
ไดเสมอตวอยาง 4.8 จง แสดง วา {e3x, e−3x} เปน เซต ผล เฉลย หลก มล ของสมการเชงเสนเอกพนธ
4.1 ทฤษฎสมการเชงเสนอนดบสง 115
y′′ − 9y = 0
และจงหาผลเฉลยทวไปของสมการเชงเสนเอกพนธนวธทา
116 4 สมการเชงอนพนธเชงเสนอนดบสง
ตวอยาง 4.9 จง แสดง วา {ex, e2x, e3x} เปน เซต ผล เฉลยหลก มล ของสมการเชงเสนเอกพนธอนดบสาม
y′′′ − 6y′′ + 11y′ − 6y = 0
และจงหาผลเฉลยทวไปของสมการเชงเสนเอกพนธนวธทา
4.1 ทฤษฎสมการเชงเสนอนดบสง 117
4.1.3 สมการเชงเสนไมเอกพนธพจารณาสมการเชงเสนไมเอกพนธอนดบ n
an(x)dny
dxn+ an−1(x)
dn−1y
dxn−1+ · · ·+ a1(x)
dy
dx+ a0(x)y = g(x)(4.4)
ถา เราสามารถหาฟงกชน yp ทสอดคลองกบสมการ เชง เสน นได เราจะเรยกฟงกชน yp นน ๆ วา ผลเฉลยเฉพาะ (particular solution) ของสมการเชงเสนไมเอกพนธ ตวอยางเชน ฟงกชนคาคงตว yp = 3 เปนผลเฉลยเฉพาะของสมการเชงเสนไมเอกพนธ
y′′ − 9y = 27 (Verify!)
หากเราทราบเซตผลเฉลยหลกมล {y1, y2, . . . , yn} ของสมการเชงเสนเอกพนธอนดบ n
an(x)dny
dxn+ an−1(x)
dn−1y
dxn−1+ · · ·+ a1(x)
dy
dx+ a0(x)y = 0 (4.5)
และทราบวา yp เปนผลเฉลยเฉพาะใด ๆ ของสมการเชงเสนไมเอกพนธ(4.4) แลว เราจะไดวาผลรวมเชงเสนของทกผลเฉลยในเซตผลเฉลยหลกมลกบผลเฉลยเฉพาะนน ๆ จะเปนผลเฉลยทวไปของสมการเชงเสนไมเอกพนธดงทฤษฎบทตอไปน
118 4 สมการเชงอนพนธเชงเสนอนดบสง
ทฤษฎบท 4.6 (ผลเฉลยทวไปของสมการเชงเสนไมเอกพนธ)ให yp เปนผลเฉลยเฉพาะใด ๆ ของสมการเชงเสนไมเอกพนธ(4.4) บนชวง I และให {y1, y2, . . . , yn} เปน เซตของผล เฉลยหลกมลของสมการ เชง เสน เอกพนธ อนดบ n (4.5) บน ชวง I
แลว ผลเฉลยทวไปของสมการเชงเสนไมเอกพนธนบนชวง Iคอ
y = c1y1(x) + c2y2(x) + · · ·+ cnyn(x) + yp
โดยท c1, i = 1, . . . , n เปนคาคงตว
จากทฤษฎบทขางตนน เราพบวาผลเฉลยทวไปของสมการเชงเสนไมเอกพนธเกดจากผลรวมของฟงกชน yc := c1y1(x)+c2y2(x)+ · · ·+cnyn(x) ซงเปนผลเฉลยทวไปของสมการเอกพนธ (4.5) กบฟงกชน yp
ซงเปนผลเฉลยเฉพาะ นนคอ ผลเฉลยทวไปของสมการเชงเสนไมเอกพนธคอ
y = yc + yp
และเราจะเรยกฟงกชน yc นวา ฟงกชนเตมเตม (complementary func-tion) หรอ ผลเฉลยเตมเตม (complementary solution) ของสมการเชงเสนไมเอกพนธ (4.4)ตวอยาง 4.10 จงแสดงวา yp = −11
12− 1
2x เปนผลเฉลยของสมการไม
เอกพนธy′′′ − 6y′′ + 11y′ − 6y = 3x
และจงใชผลเฉลยหลกมลในตวอยาง 4.9 หาผลเฉลยทวไปของสมการเชงเสนไมเอกพนธนวธทา
4.1 ทฤษฎสมการเชงเสนอนดบสง 119
ทฤษฎบทตอไปนจะเปนเครองมอในการหาผลเฉลยเฉพาะสาหรบสมการเชงเสนไมเอกพนธทมประโยชนอยางมาก
ทฤษฎบท 4.7 (หลกการทบซอนสาหรบสมการไมเอกพนธ)ให ypi เปนผลเฉลยเฉพาะของสมการเชงเสนไมเอกพนธ
an(x)dny
dxn+ · · ·+ a1(x)
dy
dx+ a0(x)y = gi(x)
สาหรบทก i = 1, 2, . . . , k แลว
yp := yp1 + yp2 + · · ·+ ypk
เปนผลเฉลยเฉพาะของสมการเชงเสนไมเอกพนธ
an(x)dny
dxn+ · · ·+ a1(x)
dy
dx+ a0(x)y =
k∑i=1
gi(x)
ตวอยาง 4.11 จงแสดงวา• yp1 = −4x2 เปนผลเฉลยเฉพาะของ y′′ − 3y′ + 4y = −16x2 +
24x− 8
• yp2 = e2x เปนผลเฉลยเฉพาะของ y′′ − 3y′ + 4y = 2e2x
• yp1 = xex เปนผลเฉลยเฉพาะของ y′′ − 3y′ + 4y = 2xex − ex
และจงใชหลกการทบซอนของสมการเชงเสนไมเอกพนธหาผลเฉลยเฉพาะของ
y′′ − 3y′ + 4y = −16x2 + 24x− 8 + 2e2x + 2xex − ex
120 4 สมการเชงอนพนธเชงเสนอนดบสง
แบบฝกหดพจารณาวงศของฟงกชนซงเปนผลเแลยทวไปของสมการเชงเสนท
กาหนดใหในขอ 1 - 3 จงหาสมาชกของวงศทเปนเฉลยของปญหาคาเรมตนในขอนน ๆ(1) y = c1e
x + c2e−x, (−∞,∞); y′′ − y = 0, y(0) = 0, y′(0) = 1
(2) y = c1e4x+c2e
−x, (−∞,∞); y′′−3y′−4y = 0, y(0) = 1, y′(0) =2
(3) y = c1x+ c2x ln x, (0,∞); x2y′′ − xy′ + y = 0, y(1) = 3, y′(1) =−1
กาหนดให y = c1ex cosx + c2e
x sin x เปนวงศของฟงกชนทเปนผลเฉลยของสมการเชงเสน y′′ − 2y′ + 2y = 0 บนชวง (−∞,∞) จงพจารณาวามฟงกชนในวงศทสอดคลองกบเงอนไขขอบทกาหนดใหในขอ 4-7 หรอไม ถาม จงระบสมาชกนน(4) y(0) = 1, y′(π) = 0(5) y(0) = 1, y(π) = −1(6) y(0) = 1, y(π/2) = 1(7) y(0) = 0, y(π) = 0
จงแสดงวา เซตของฟงกชนทกาหนดใหในขอ 8 - 15 เปนเซตผลเฉลยหลกมลของสมการเชงเสนเอกพนธบนชวงทกาหนดให และจงหาผลเฉลยทวไปของสมการเชงเสนเอกพนธในขอนน ๆ(8) {e−3x, e4x}, y′′ − y′ − 12y = 0, (−∞,∞)(9) {cosh 2x, sinh 2x}, y′′ − 4y = 0, (−∞,∞)(10) {ex cos 2x, ex sin 2x}, y′′ − 2y′ + 5y = 0, (−∞,∞)(11) {ex/2, xex/2}, 4y′′ − 4y′ + y = 0, (∞,∞)(12) {x3, x4}, x2y′′ − 6xy′ + 12y = 0, (0,∞)(13) {cos(ln x), sin(ln x)}, x2y′′ + xy′ + y = 0, (0,∞)(14) {x, x−2, x−2 ln x}, x3y′′′ + 6x2y′′ + 4xy′ − 4y = 0, (0,∞)(15) {1, x, cosx, sinx}, y(4) + y′′ = 0, (−∞,∞)
จงแสดงวาวงศของฟงกชนทกาหนดใหในขอ 16 - 18 เปนผลเฉลยทวไปของสมการเชงเสนไมเอกพนธบนชวงทกาหนดใหในขอนน ๆ
4.1 ทฤษฎสมการเชงเสนอนดบสง 121
(16) y = c1e2x + c2e
5x + 6ex, y′′ − 7y′ + 10y = 24ex, (−∞,∞)(17) y = c1 cosx + c2 sin x + x sinx + (cos x) ln(cosx), y′′ + y =
secx, (−π/2, π/2)(18) y = c1x
−1/2 + c2x−1 +115x2 − 1
6x, 2x2y′′ + 5xy′ + y = x2 −
x, (0,∞)
(19) จงแสดงวาฟงกชน yp1 = 3e2x และ yp2 = x2 + 3x เปนผลเฉลยเฉพาะของ
y′′ − 6y′ + 5y = −9e2x
และy′′ − 6y′ + 5y = 5x2 + 3x− 16
(20) จากขอ (19) จงหาผลเฉลยเฉพาะของ
y′′ − 6y′ + 5y = 5x2 + 3x− 16− 9e2x
และy′′ − 6y′ + 5y = −10x2 − 6x+ 32 + e2x