2019-05-07T07:37:25-04:00
solving xy''+2y'+xy=0 by power series
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2019-05-08T15:17:11-0400
y ( x ) = ∑ n = 0 ∞ a n x n y(x)=\sum_{n=0}^\infin a_nx^n y ( x ) = n = 0 ∑ ∞ a n x n
y ′ ( x ) = ∑ n = 1 ∞ n a n x n − 1 y'(x)=\sum_{n=1}^\infin na_nx^{n-1} y ′ ( x ) = n = 1 ∑ ∞ n a n x n − 1
y ′ ′ ( x ) = ∑ n = 2 ∞ n ( n − 1 ) a n x n − 2 y''(x)=\sum_{n=2}^\infin n(n-1)a_nx^{n-2} y ′′ ( x ) = n = 2 ∑ ∞ n ( n − 1 ) a n x n − 2
x ∑ n = 2 ∞ n ( n − 1 ) a n x n − 2 + 2 ∑ n = 1 ∞ n a n x n − 1 + x ∑ n = 0 ∞ a n x n = 0 x\sum_{n=2}^\infin n(n-1)a_nx^{n-2}+2\sum_{n=1}^\infin na_nx^{n-1}+x\sum_{n=0}^\infin a_nx^n=0 x n = 2 ∑ ∞ n ( n − 1 ) a n x n − 2 + 2 n = 1 ∑ ∞ n a n x n − 1 + x n = 0 ∑ ∞ a n x n = 0
∑ n = 2 ∞ n ( n − 1 ) a n x n − 1 + 2 ∑ n = 1 ∞ n a n x n − 1 + ∑ n = 0 ∞ a n x n + 1 = 0 \sum_{n=2}^\infin n(n-1)a_nx^{n-1}+2\sum_{n=1}^\infin na_nx^{n-1}+\sum_{n=0}^\infin a_nx^{n+1}=0 n = 2 ∑ ∞ n ( n − 1 ) a n x n − 1 + 2 n = 1 ∑ ∞ n a n x n − 1 + n = 0 ∑ ∞ a n x n + 1 = 0
∑ n = 2 ∞ n ( n − 1 ) a n x n − 1 + 2 ∑ n = 1 ∞ n a n x n − 1 + ∑ n = 2 ∞ a n − 2 x n − 1 = 0 \sum_{n=2}^\infin n(n-1)a_nx^{n-1}+2\sum_{n=1}^\infin na_nx^{n-1}+\sum_{n=2}^\infin a_{n-2}x^{n-1}=0 n = 2 ∑ ∞ n ( n − 1 ) a n x n − 1 + 2 n = 1 ∑ ∞ n a n x n − 1 + n = 2 ∑ ∞ a n − 2 x n − 1 = 0
2 a 1 + ∑ n = 2 ∞ [ n ( n − 1 ) a n + 2 n a n + a n − 2 ] x n − 1 = 0 2a_1+\sum_{n=2}^\infin [n(n-1)a_n+2na_n+a_{n-2}]x^{n-1}=0 2 a 1 + n = 2 ∑ ∞ [ n ( n − 1 ) a n + 2 n a n + a n − 2 ] x n − 1 = 0
a 1 = 0 a_1=0 a 1 = 0 For
n ≥ 2 n\ge2 n ≥ 2
n ( n − 1 ) a n + 2 n a n + a n − 2 = 0 n(n-1)a_n+2na_n+a_{n-2}=0 n ( n − 1 ) a n + 2 n a n + a n − 2 = 0
a n = − a n − 2 / [ ( n ( n − 1 ) + 2 n ] = − a n − 2 / [ n ( n − 1 ) ] a_n=-a_{n-2}/[(n(n-1)+2n]=-a_{n-2}/[n(n-1)] a n = − a n − 2 / [( n ( n − 1 ) + 2 n ] = − a n − 2 / [ n ( n − 1 )] So
a 2 = − a 0 / 6 = − a 0 / ( 2 ∗ 3 ) a_2=-a_0/6=-a_0/(2*3) a 2 = − a 0 /6 = − a 0 / ( 2 ∗ 3 )
a 3 = a 5 = a 7 = a 9 = . . . = 0 a_3=a_5=a_7=a_9=...=0 a 3 = a 5 = a 7 = a 9 = ... = 0
a 4 = − a 2 / 20 = a 0 / 120 = a 0 / ( 2 ∗ 3 ∗ 4 ∗ 5 ) a_4=-a_2/20=a_0/120=a_0/(2*3*4*5) a 4 = − a 2 /20 = a 0 /120 = a 0 / ( 2 ∗ 3 ∗ 4 ∗ 5 )
a 6 = − a 4 / 42 = − a 0 / ( 2 ∗ 3 ∗ 4 ∗ 5 ∗ 6 ∗ 7 ) a_6=-a_4/42=-a_0/(2*3*4*5*6*7) a 6 = − a 4 /42 = − a 0 / ( 2 ∗ 3 ∗ 4 ∗ 5 ∗ 6 ∗ 7 )
y ( x ) = a 0 ( 1 − x 2 / ( 2 ∗ 3 ) + x 4 / ( 2 ∗ 3 ∗ 4 ∗ 5 ) − x 6 / ( 2 ∗ 3 ∗ 4 ∗ 5 ∗ 6 ∗ 7 ) + ( − 1 ) k x 2 k / ( 2 k + 1 ) ! ) y(x)=a_0(1-x^2/(2*3)+x^4/(2*3*4*5)-x^6/(2*3*4*5*6*7)+(-1)^kx^{2k}/(2k+1)!) y ( x ) = a 0 ( 1 − x 2 / ( 2 ∗ 3 ) + x 4 / ( 2 ∗ 3 ∗ 4 ∗ 5 ) − x 6 / ( 2 ∗ 3 ∗ 4 ∗ 5 ∗ 6 ∗ 7 ) + ( − 1 ) k x 2 k / ( 2 k + 1 )!)
y ( x ) = a 0 ∑ k = 0 ∞ ( − 1 ) k x 2 k / ( 2 k + 1 ) ! y(x)=a_0 \sum_{k=0}^ \infin(-1)^kx^{2k}/(2k+1)! y ( x ) = a 0 k = 0 ∑ ∞ ( − 1 ) k x 2 k / ( 2 k + 1 )!
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