\documentclass{article} \usepackage[margin=2cm]{geometry} \usepackage{titlesec} \usepackage{titling} \usepackage[hidelinks]{hyperref} \usepackage{multicol} \usepackage{amsmath} \usepackage{amsfonts} \usepackage{amssymb} \usepackage{braket} \titleformat{\section} {\Large\bfseries} {} {0em} {}[\titlerule] \titleformat{\subsection} {\large\bfseries} {} {0em} {} \titlespacing{\subsection} {0em}{2em}{.4em} \titleformat{\subsubsection}[runin] {\bfseries} {} {0em} {} \titlespacing{\subsubsection} {0em}{2em}{1em} \renewcommand{\maketitle}{ \begin{center} {\huge\bfseries\thetitle}\\ \vspace{1em} {\Large\theauthor} \\ \vspace{1em} elalmqvist@gmail.com --- \url{https://wych.dev} \end{center} } \begin{document} \title{Anteckningar 2022-04-28} \author{Elias Almqvist} \maketitle \newpage Lös ekvationen: $$ y'' = -2y' - 8y + \sin x $$ Lösning: $$ y'' = -2y' - 8y + \sin x, \quad + 2y' + 8y $$ $$ y'' + 2y' + 8y = \sin x $$ Vi får därmed att $y = y_p + y_h$, \\ Börjar med den homogena: $$ y'' + 2y' + 8y = 0 $$ $$ \implies r^2 + 2r + 8 = 0 \quad \text{antag att y är } e^{rx} $$ $$ \implies r = -1 \pm \sqrt{-7} = -1 \pm 7i $$ $$ \therefore y_h = e^{-x} \left( A\cos(\sqrt{7}x) + B\sin{\sqrt{7}x} \right) \quad | \quad A,B \in \mathbb{R} $$ Part lösn: antar att $y_p$ är av formen: $y_p = D\sin x + E\cos x + F \quad | \quad D,E,F \in \mathbb{R}$ \\ Stoppar in den i ekvationen: $$ y_p' = D\cos x - E\sin x $$ $$ y_p'' = -\left( D\sin x + E\cos x \right) $$ Vi får därmed: $$ -\left( D\sin x + E\cos x \right) + 2\left(D\cos x - E\sin x\right) + 8\left(D\sin x + E\cos x + F\right) = \sin x $$ $$ -D\sin x - E\cos x + 2D\cos x - 2E\sin x + 8D\sin x + 8E\cos x + 8F = \sin x $$ $$ 2D\cos x - 2E\sin x + 7D\sin x + 7E\cos x + 8F = \sin x $$ $$ \implies \begin{cases} 8F = 0 \implies F = 0 \\ 7E + 2D = 0 \\ 7D - 2E = 1 \end{cases} $$ Stoppar in i en matris och får: $$ \begin{bmatrix} 7 & 2 & 0 \\ -2 & 7 & 1 \end{bmatrix} \rightarrow \begin{bmatrix} 1 & 0 & -\frac{2}{53} \\ 0 & 1 & \frac{7}{53} \end{bmatrix} $$ $$ \therefore y_p = \frac{7}{53} \sin x - \frac{2}{53} \cos x \quad \because E = -\frac{2}{53}, \quad D = \frac{7}{53} $$ Slutligen får vi därmed hela allmäna lösningen: $$ \therefore y = y_p + y_h $$ $$ = \frac{7}{53} \sin x - \frac{2}{53} \cos x + e^{-x} \left( A\cos(\sqrt{7}x) + B\sin{\sqrt{7}x} \right) $$ Givet att $A,B \in \mathbb{R}$ \end{document}