Pregunta
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\begin{tabular}{l}\( \qquad x^{2} y^{\prime \prime}-4 x y^{\prime}-14 y=\ln (x) \) \\ Escriba la ecuación característica para la solución homogénea en función de \( m: \) \\ Indique las raíces de la ecuación característica (Ejemplo de escritura: \( \left\{m_{1}, m_{2}, \ldots m_{n}\right\} \) ): \\ Indique las ṣoluciones homogéneas de la ecuación diferencial (Ejemplo de escritura: \( \left\{y_{1}, y_{2}, \ldots y_{n}\right. \) \\ - Indique el valor del Wronskiano: \\ - Indique la solución particular: \\ - \\ \hline\end{tabular}

Ask by Cook Montgomery. in Colombia
Feb 02,2025

Solución de tutoría real

Respuesta verificada por el tutor

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- **Ecuación característica:** \( m^{2} - 5m - 14 = 0 \) - **Raíces:** \( \{7, -2\} \) - **Soluciones homogéneas:** \( \{x^{7}, x^{-2}\} \) - **Wronskiano:** \( W = -9x^{4} \) - **Solución particular:** \( y_{p}(x) = -\frac{1}{14} \ln(x) + \frac{5}{196} \)

Solución

- **Ecuación característica:** \[ m^{2} - 5m - 14 = 0 \] - **Raíces de la ecuación característica:** \[ \left\{ 7, \ -2 \right\} \] - **Soluciones homogéneas de la ecuación diferencial:** \[ \left\{ x^{7}, \ x^{-2} \right\} \] - **Valor del Wronskiano:** \[ W = -9x^{4} \] - **Solución particular:** \[ y_{p}(x) = -\frac{1}{14} \ln(x) + \frac{5}{196} \]

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Beyond the Answer

Para la ecuación homogénea asociada \(x^{2}y^{\prime\prime} - 4xy^{\prime} - 14y = 0\), la forma característica se obtiene al suponer \(y = x^{m}\). Al sustituir y simplificar, llegamos a la ecuación característica: \(m(m-1) - 4m - 14 = 0\). Las raíces de la ecuación característica son \( \{ -2, 7 \} \). Por lo tanto, las soluciones homogéneas son \( \{ y_{1} = x^{-2}, y_{2} = x^{7} \} \). El Wronskiano se calcula como \( W(y_1, y_2) = y_1 y_2' - y_2 y_1' \). Este, al evaluar con las soluciones dadas, da un valor de \( W = 7x^5 \). Para la solución particular, como el lado derecho es \( \ln(x) \), se puede usar el método de coeficientes indeterminados, que lleva a una solución de la forma \( y_p = A \ln(x) + B \).

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