The auxiliary equation is
m 2 + 4 m + 2 = 0 m 1 , 2 = − 4 ± 4 2 − 4 ⋅ 1 ⋅ 2 2 ⋅ 1 m = − 2 + 2 , m = − 2 − 2 m^2+4m+2=0\\
m_{1,\:2}=\frac{-4\pm \sqrt{4^2-4\cdot \:1\cdot \:2}}{2\cdot \:1}\\
m=-2+\sqrt{2},\:m=-2-\sqrt{2} m 2 + 4 m + 2 = 0 m 1 , 2 = 2 ⋅ 1 − 4 ± 4 2 − 4 ⋅ 1 ⋅ 2 m = − 2 + 2 , m = − 2 − 2
Thus the complementary solution is
y c = ( c 1 + x c 2 ) e − x L e t y 1 = e − x ; y 2 = x e − x w = ∣ y 1 y 2 y 1 ′ y 2 ′ ∣ = ∣ e − x x e − x − e − x − x e − x + e − x ∣ = e − 2 x y_c= (c_1+xc_2)e^{-x}\\
Let \space y_1= e^{-x} ; y_2= xe^{-x}\\
w= \begin{vmatrix}
y_1 & y_2 \\
y_1' & y_2'
\end{vmatrix}= \begin{vmatrix}
e^{-x} & xe^{-x}\\
-e^{-x} & -xe^{-x}+e^{-x}
\end{vmatrix}= e^{-2x}\\ y c = ( c 1 + x c 2 ) e − x L e t y 1 = e − x ; y 2 = x e − x w = ∣ ∣ y 1 y 1 ′ y 2 y 2 ′ ∣ ∣ = ∣ ∣ e − x − e − x x e − x − x e − x + e − x ∣ ∣ = e − 2 x
By the method of variation of parameter particular solution is
y p = − y 1 ∫ y 2 f ( x ) w d x + y 2 ∫ y 1 f ( x ) w d x y p = x 2 e − x [ l o g x 2 + 1 4 + l o g x − 1 ] y p = x 2 e − x 4 [ 2 l o g x − 3 ] y_p=-y_1 \int \frac{y_2 f(x)}{w}dx+y_2 \int \frac{y_1 f(x)}{w}dx\\
y_p=x^2e^{-x}[\frac{log x }{2}+ \frac{1}{4}+log x -1]\\
y_p= \frac{x^2e^{-x}}{4}[2log x -3]\\ y p = − y 1 ∫ w y 2 f ( x ) d x + y 2 ∫ w y 1 f ( x ) d x y p = x 2 e − x [ 2 l o gx + 4 1 + l o gx − 1 ] y p = 4 x 2 e − x [ 2 l o gx − 3 ]
Hence the general solution is
y ( x ) = ( c 1 + x c 2 ) e − x + x 2 e − x 4 [ 2 l o g x − 3 ] y(x)= (c_1+xc_2)e^{-x}+\frac{x^2e^{-x}}{4}[2log x -3] y ( x ) = ( c 1 + x c 2 ) e − x + 4 x 2 e − x [ 2 l o gx − 3 ]
Comments