Question
upstudy study bank question image url

\( y ^ { \prime \prime \prime } - 3 y ^ { \prime \prime } + 3 y ^ { \prime } - y = 0 \)

Ask by Burns Bowman. in Thailand
Jan 24,2025

Real Tutor Solution

Tutor-Verified Answer

Answer

\( y(x) = (C_1 + C_2 x + C_3 x^2) e^{x} \)

Solution

สมการที่ให้มา: \[ y''' - 3y'' + 3y' - y = 0 \] **ขั้นตอนการแก้สมการเชิงอนุพันธ์เชิงเส้นเวียนอันดับสามนี้มีดังนี้:** 1. **หาสมการเชิงลักษณะ (Characteristic Equation):** สำหรับสมการเชิงอนุพันธ์เชิงเส้นที่มีสัมประสิทธิ์คงที่ สมการเชิงลักษณะจะได้จากการแทน \( y = e^{rt} \) ลงในสมการ ดังนี้: \[ r^3 - 3r^2 + 3r - 1 = 0 \] 2. **หาผลลัพธ์รากของสมการเชิงลักษณะ:** เราเริ่มด้วยการหาว่ามีรากใดที่สามารถทำให้สมการเป็นจริงได้ง่าย ๆ ลองทดสอบ \( r = 1 \): \[ 1^3 - 3(1)^2 + 3(1) - 1 = 1 - 3 + 3 - 1 = 0 \] ดังนั้น \( r = 1 \) เป็นรากหนึ่งของสมการเชิงลักษณะ จากนั้น เราสามารถหาช่องว่างที่เหลือโดยการหารสมการด้วย \( (r - 1) \): \[ (r - 1)(r^2 - 2r + 1) = 0 \] สมการย่อย \( r^2 - 2r + 1 = 0 \) สามารถแยกตัวประกอบได้เป็น: \[ (r - 1)^2 = 0 \] ดังนั้น รากทั้งหมดของสมการคือ \( r = 1 \) แบบซ้ำสองครั้ง 3. **เขียนคำตอบทั่วไปของสมการ:** เนื่องจากราก \( r = 1 \) ซ้ำสามครั้ง คำตอบทั่วไปของสมการจะเป็น: \[ y(x) = (C_1 + C_2 x + C_3 x^2) e^{x} \] โดยที่ \( C_1, C_2, C_3 \) เป็นค่าคงที่ที่กำหนดจากเงื่อนไขเริ่มต้นหรือขอบเขตของปัญหา **สรุป:** คำตอบทั่วไปของสมการ \( y''' - 3y'' + 3y' - y = 0 \) คือ \[ y(x) = (C_1 + C_2 x + C_3 x^2) e^{x} \] โดยที่ \( C_1, C_2, C_3 \) เป็นค่าคงที่ที่ต้องหาจากเงื่อนไขเพิ่มเติม

Reviewed and approved by the UpStudy tutoring team

error msg
Explain
Simplify this solution

Beyond the Answer

This third-order linear differential equation can be analyzed using characteristic equations. The characteristic equation derived from the given differential equation is \( r^3 - 3r^2 + 3r - 1 = 0 \), which factors into \( (r-1)^3 = 0 \). This indicates that \( r = 1 \) is a root of multiplicity three, leading to a general solution of the form \( y(t) = C_1 e^t + C_2 t e^t + C_3 t^2 e^t \), where \( C_1, C_2, \) and \( C_3 \) are constants determined by initial conditions. In practical applications, such differential equations often model systems in physics and engineering, such as damped oscillations or control systems. For example, when finding the response of a mechanical system to external forces, the above equation can represent how the position of a mass varies over time. Understanding the nature of the solutions helps engineers predict system behavior, ensuring stability or desired performance in real-world scenarios!

Related Questions

Try Premium now!
Try Premium and ask Thoth AI unlimited math questions now!
Maybe later Go Premium
Study can be a real struggle
Why not UpStudy it?
Select your plan below
Premium

You can enjoy

Start now
  • Step-by-step explanations
  • 24/7 expert live tutors
  • Unlimited number of questions
  • No interruptions
  • Full access to Answer and Solution
  • Full Access to PDF Chat, UpStudy Chat, Browsing Chat
Basic

Totally free but limited

  • Limited Solution
Welcome to UpStudy!
Please sign in to continue the Thoth AI Chat journey
Continue with Email
Or continue with
By clicking “Sign in”, you agree to our Terms of Use & Privacy Policy