中國文化大學107學年度碩士班考試入學
系組:化學及材料奈米碩士班
科目:工程數學
解答:(a)y=xm⇒y′=mxm−1⇒y″=m(m−1)xm−2代回原式⇒m(m−1)xm−3mxm+4xm=0⇒xm(m2−4m+4)=0⇒m=2(重根)⇒y=C1x2+C2x2lnx⇒y′=(2C1+C2)x+2C2xlnx將{y(1)=4y′(1)=5代入⇒{C1=42C1+C2=5⇒C2=−3⇒y=4x2−3x2lnx(b)先求齊次解,即y″−y′−2y=0⇒λ2−λ−2=0⇒λ=2,−1⇒yh=C1e2x+C2e−x再假設yp=Acosx+Bsinx⇒y′=−Asinx+Bcosx⇒y″=−Acosx−Bsinx⇒−Acosx−Bsinx+Asinx−Bcosx−2Acosx−2Bsinx=(−3A−B)cosx+(A−3B)sinx=10cosx⇒{−3A−B=10A−3B=0⇒{A=−3B=−1⇒y=yh+yp=C1e2x+C2e−x−3cosx−sinx⇒y′=2C1e2x−C2e−x+3sinx−cosx再將{y(0)=2y′(0)=1代入⇒{C1+C2−3=22C1−C2−1=1⇒{C1=7/3C2=8/3⇒y=73e2x+83e−x−3cosx−sinx(c)令{M(x,y)=2xy4+sinyN(x,y)=4x2y3+xcosy⇒{∂∂yM=8xy3+cosy∂∂xN=8xy3+cosy⇒∂∂yM=∂∂xN取Ψ(x,y)=∫Mdx=∫Ndy⇒Ψ=∫2xy4+sinydx=∫4x2y3+xcosydy⇒Ψ=x2y4+xsiny+ϕ(y)=x2y4+xsiny+ρ(x)⇒x2+y4+xsiny=C解答:L{sinkt}=I=∫∞0sin(kt)e−stdt=−1se−stsin(kt)+ks∫cos(kt)e−stdt=−1se−stsin(kt)−ks2cos(kt)e−st−k2s2I⇒(1+k2s2)I=[−1se−stsin(kt)−ks2cos(kt)e−st]|∞0⇒s2+k2s2I=ks2⇒I=ks2⋅s2s2+k2=ks2+k2⇒L{sinkt}=ks2+k2,故得證
解答:det(M−λI)=k(λ+1)(λ−4)(λ−9)⇒|α−λ03β0α−λ4β3β4βα−λ|=(α−λ)3−25β2(α−λ)=(α−λ)(α−λ+5β)(α−λ−5β)⇒−(λ−α)(λ−α−5β)(λ−α+5β)=k(λ+1)(λ−4)(λ−9)⇒{α=4α+5β=9α−5β=−1⇒{α=4β=1
4. (20%) Find the particular solution of following differential equation:{dxdt=2x+y+4e2tdydt=x+2y which satisfies the initial conduction {x(0)=4y(0)=1
解答:{x′=2x+y+4e2t⋯(1)y′=x+2y⋯(2),式(2)⇒x=y′−2y⇒x′=y″−2y′將{x=y′−2yx′=y″−2y′代入(1)⇒y″−2y′=2(y′−2y)+y+4e2t⇒y″−4y′+3y=4e2t⋯(3)⇒{yh=C1e3t+C2etyp=ke2t將y′p=2ke2t,y″p=4ke2t代入(3)⇒k=−4⇒y=C1e3t+C2et−4e2t⇒x=y′−2y=C1e3t−C2et;最後將{x(0)=4y(0)=1代入⇒{C1−C2=4C1+C2−4=1⇒{C1=9/2C2=1/2⇒{x=92e3t−12ety=92e3t+12et−4e2t
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