maths.free › Differential Equations › Second-order, constant coefficients

Second-order, constant coefficients

ay″ + by′ + cy = 0 and the characteristic equation: oscillation, damping, growth.

Try y = e^{rx} and the equation becomes a quadratic in r, the characteristic equation. Real distinct roots give exponentials, a repeated root adds an x, complex roots give sines and cosines. y″ + y = 0 is the simple harmonic oscillator: every pendulum, spring and LC circuit.

Ví dụ đã làm · y'' + y = 0

Differential-Equations · Differential-Equations

Y'' + y = 0

y{\left(x \right)} + \frac{d^{2}}{d x^{2}} y{\left(x \right)} = 0

Bước một bước

  1. y{\left(x \right)} + \frac{d^{2}}{d x^{2}} y{\left(x \right)} = 0

    The differential equation.

  2. \text{order } 2

    Order 2: the highest derivative present.

  3. \text{Constant coefficients, homogeneous}

    Try y = e^{rx}: the characteristic polynomial in r gives the roots, and each root contributes a term to the general solution.

  4. r^{2} + 1 = 0

    Characteristic equation of the homogeneous part (substitute y = e^{rx}).

  5. r = - i,\ r = i

    Its roots.

  6. y{\left(x \right)} = C_{1} \sin{\left(x \right)} + C_{2} \cos{\left(x \right)}

    General solution (C₁, C₂ … are arbitrary constants).

  7. \checkmark

    Verified: substituting the solution back into the equation gives 0.

Giải đáp
y{\left(x \right)} = C_{1} \sin{\left(x \right)} + C_{2} \cos{\left(x \right)}

Now you Chọn một bài toán, hoặc gõ hoặc vẽ của riêng mình. Mỗi bước, một bức tranh, câu trả lời ẩn cho đến khi bạn hỏi.

Để cho anh làm việc

Một tài khoản miễn phí thêm ghi chú vào mỗi bài học, ghi chép những gì bạn đã hoàn thành, các bài toán bạn giải quyết ở một nơi, và một giáo viên bạn có thể hỏi về trang này. Toán học là mở cho mọi người, dù có đăng nhập hay không.

Đăng ký Đăng nhập

Ký hiệu được dùng ở đây

Nhấn vào bất kỳ ký hiệu nào để xem định nghĩa đầy đủ, một bức ảnh, và ý nghĩa của từng chữ cái trong nó.

Làm thế nào: Second-order, constant coefficients

  1. The differential equation.
  2. Order 2: the highest derivative present.
  3. Try y = e^{rx}: the characteristic polynomial in r gives the roots, and each root contributes a term to the general solution.
  4. Characteristic equation of the homogeneous part (substitute y = e^{rx}).
  5. Its roots.
  6. General solution (C₁, C₂ … are arbitrary constants).
  7. Verified: substituting the solution back into the equation gives 0.

Câu hỏi người ta hỏi

What is a differential equation?

An equation whose unknown is a function, relating it to its own derivatives. "The rate of growth is proportional to the population" is y′ = ky, and solving it means finding y as a function of time.

Why does the solution have arbitrary constants?

Integrating loses information: many functions share the same derivative. An n-th order equation has n constants, fixed by n initial or boundary conditions.

More in Differential Equations

Separable equationsFirst-order linear equationsNonhomogeneous equationsModelling with differential equations