Solve y ′ ′ − 5 y ′ − 6 y = e − 2 t y'' - 5y' - 6y = e^{-2t} y ′′ − 5 y ′ − 6 y = e − 2 t , where y ′ ( 0 ) = 1 y'(0) = 1 y ′ ( 0 ) = 1 and y ( 0 ) = − 1 y(0) = -1 y ( 0 ) = − 1 using Laplace Transform.
**Solution:**
y → Y ( p ) y \to Y(p) y → Y ( p ) y ′ → p Y ( p ) − y ( 0 ) = p Y ( p ) + 1 y' \to pY(p) - y(0) = pY(p) + 1 y ′ → p Y ( p ) − y ( 0 ) = p Y ( p ) + 1 y ′ ′ → p 2 Y ( p ) − p y ( 0 ) − y ′ ( 0 ) = p 2 Y ( p ) + p − 1 y'' \to p^2Y(p) - py(0) - y'(0) = p^2Y(p) + p - 1 y ′′ → p 2 Y ( p ) − p y ( 0 ) − y ′ ( 0 ) = p 2 Y ( p ) + p − 1 e − 2 t → 1 p + 2 e^{-2t} \to \frac{1}{p + 2} e − 2 t → p + 2 1 p 2 Y ( p ) + p − 1 − 5 ( p Y ( p ) + 1 ) − 6 Y ( p ) = 1 p + 2 → ( p 2 − 5 p − 6 ) Y ( p ) = 1 p + 2 − p + 6 \begin{aligned}
p^2Y(p) + p - 1 - 5(pY(p) + 1) - 6Y(p) &= \frac{1}{p + 2} \to (p^2 - 5p - 6)Y(p) \\
&= \frac{1}{p + 2} - p + 6
\end{aligned} p 2 Y ( p ) + p − 1 − 5 ( p Y ( p ) + 1 ) − 6 Y ( p ) = p + 2 1 → ( p 2 − 5 p − 6 ) Y ( p ) = p + 2 1 − p + 6 ( p 2 − 5 p − 6 ) Y ( p ) = − p 2 + 4 p + 13 p + 2 → Y ( p ) = − p 2 + 4 p + 13 ( p + 2 ) ( p 2 − 5 p − 6 ) = − p 2 + 4 p + 13 ( p + 2 ) ( p + 1 ) ( p − 6 ) \begin{aligned}
(p^2 - 5p - 6)Y(p) &= \frac{-p^2 + 4p + 13}{p + 2} \to Y(p) = \frac{-p^2 + 4p + 13}{(p + 2)(p^2 - 5p - 6)} \\
&= \frac{-p^2 + 4p + 13}{(p + 2)(p + 1)(p - 6)}
\end{aligned} ( p 2 − 5 p − 6 ) Y ( p ) = p + 2 − p 2 + 4 p + 13 → Y ( p ) = ( p + 2 ) ( p 2 − 5 p − 6 ) − p 2 + 4 p + 13 = ( p + 2 ) ( p + 1 ) ( p − 6 ) − p 2 + 4 p + 13 Y ( p ) = A ( p + 2 ) + B ( p + 1 ) + C ( p − 6 ) = ( A + B + C ) p 2 + ( − 5 A − 4 B + 3 C ) p + ( − 6 A − 12 B + 2 C ) ( p + 2 ) ( p + 1 ) ( p − 6 ) { A + B + C = − 1 − 5 A − 4 B + 3 C = 4 − 6 A − 12 B + 2 C = 13 → { A = 1 8 B = − 8 7 C = 1 56 \begin{aligned}
Y(p) &= \frac{A}{(p + 2)} + \frac{B}{(p + 1)} + \frac{C}{(p - 6)} \\
&= \frac{(A + B + C)p^2 + (-5A - 4B + 3C)p + (-6A - 12B + 2C)}{(p + 2)(p + 1)(p - 6)} \\
&\quad \left\{
\begin{array}{c}
A + B + C = -1 \\
-5A - 4B + 3C = 4 \\
-6A - 12B + 2C = 13
\end{array}
\right. \to
\left\{
\begin{array}{l}
A = \frac{1}{8} \\
B = -\frac{8}{7} \\
C = \frac{1}{56}
\end{array}
\right.
\end{aligned} Y ( p ) = ( p + 2 ) A + ( p + 1 ) B + ( p − 6 ) C = ( p + 2 ) ( p + 1 ) ( p − 6 ) ( A + B + C ) p 2 + ( − 5 A − 4 B + 3 C ) p + ( − 6 A − 12 B + 2 C ) ⎩ ⎨ ⎧ A + B + C = − 1 − 5 A − 4 B + 3 C = 4 − 6 A − 12 B + 2 C = 13 → ⎩ ⎨ ⎧ A = 8 1 B = − 7 8 C = 56 1 Y ( p ) = 1 8 ⋅ 1 ( p + 2 ) − 8 7 ⋅ 1 ( p + 1 ) + 1 56 ⋅ 1 ( p − 6 ) ← 1 8 e − 2 t − 8 7 e − t + 1 56 e 6 t = y ( t ) Y(p) = \frac{1}{8} \cdot \frac{1}{(p + 2)} - \frac{8}{7} \cdot \frac{1}{(p + 1)} + \frac{1}{56} \cdot \frac{1}{(p - 6)} \leftarrow \frac{1}{8} e^{-2t} - \frac{8}{7} e^{-t} + \frac{1}{56} e^{6t} = y(t) Y ( p ) = 8 1 ⋅ ( p + 2 ) 1 − 7 8 ⋅ ( p + 1 ) 1 + 56 1 ⋅ ( p − 6 ) 1 ← 8 1 e − 2 t − 7 8 e − t + 56 1 e 6 t = y ( t )
**Answer:** y ( t ) = 1 8 e − 2 t − 8 7 e − t + 1 56 e 6 t y(t) = \frac{1}{8} e^{-2t} - \frac{8}{7} e^{-t} + \frac{1}{56} e^{6t} y ( t ) = 8 1 e − 2 t − 7 8 e − t + 56 1 e 6 t .