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1. \( (1-x) y^{\prime \prime}-4 x y^{\prime}+5 y=\cos n \)

Ask by Thornton Schneider. in Colombia
Mar 11,2025

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Para resolver la ecuación diferencial \( (1-x) y^{\prime \prime}-4 x y^{\prime}+5 y=\cos n \), primero resolvemos la parte homogénea y luego encontramos una solución particular. La solución general es la suma de ambas.

Solution

Para resolver la ecuación diferencial dada: \[ (1-x) y^{\prime \prime}-4 x y^{\prime}+5 y=\cos n \] primero identificamos los componentes de la ecuación: - \( y^{\prime \prime} \) es la segunda derivada de \( y \) con respecto a \( x \). - \( y^{\prime} \) es la primera derivada de \( y \) con respecto a \( x \). - \( y \) es la función que queremos encontrar. - \( \cos n \) es una función que depende de \( n \), que puede ser una constante o una variable. ### Paso 1: Identificar el tipo de ecuación La ecuación es de segundo orden y no homogénea debido al término \( \cos n \). Para resolverla, podemos usar el método de variación de parámetros o el método de coeficientes indeterminados, dependiendo de la forma de la solución homogénea. ### Paso 2: Resolver la parte homogénea Primero, resolvemos la parte homogénea de la ecuación: \[ (1-x) y^{\prime \prime}-4 x y^{\prime}+5 y=0 \] ### Paso 3: Encontrar la solución homogénea Para encontrar la solución homogénea, podemos intentar una solución de la forma \( y = x^r \) y sustituir en la ecuación homogénea. Esto nos dará una ecuación característica que podemos resolver para \( r \). ### Paso 4: Solución particular Después de encontrar la solución homogénea, buscamos una solución particular para la ecuación completa. Dado que el lado derecho es \( \cos n \), podemos intentar una solución particular de la forma: \[ y_p = A \cos n + B \sin n \] donde \( A \) y \( B \) son constantes que determinaremos. ### Paso 5: Sustitución y resolución Sustituimos \( y_p \) en la ecuación original y resolvemos para \( A \) y \( B \). ### Paso 6: Solución general La solución general de la ecuación diferencial será la suma de la solución homogénea y la solución particular: \[ y = y_h + y_p \] Si necesitas que realice cálculos específicos o que resuelva la parte homogénea o particular, por favor indícalo.

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This equation is a second-order linear differential equation, where \(y\) is a function of \(x\), and the coefficients depend on \(x\). Such equations frequently arise in physics and engineering, particularly in the analysis of vibrations and heat conduction, where providing boundary conditions is crucial for finding the unique solution relating to physical phenomena. To solve the equation, try looking for a power series solution, which involves assuming a solution of the form \(y = \sum_{n=0}^\infty a_n x^n\). This approach allows you to exploit the inherent properties of the differential equation, and carefully collect like terms to derive recurrence relations for the coefficients. Common mistakes often include neglecting the assumptions around convergence and the appropriate handling of singular points in parameters.

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