Geschreven door studenten die geslaagd zijn Direct beschikbaar na je betaling Online lezen of als PDF Verkeerd document? Gratis ruilen 4,6 TrustPilot
logo-home
Tentamen (uitwerkingen)

MTHE 225 Homework 5 Solutions

Beoordeling
-
Verkocht
-
Pagina's
17
Cijfer
A+
Geüpload op
03-02-2022
Geschreven in
2021/2022

MTHE 225 Homework 5 SolutionsSolutions #5 1. Use Laplace transforms to solve the following initial value problems: (a) y 000 +3y 00 +3y 0 +y = 2e −t , y(0) = 1, y 0 (0) = 2, y 00(0) = −1 (b) d 4 x dt4 −2 d 2 x dt2 = 3+2t +e 2t , x(0) = 1, x 0 (0) = 2, x 00(0) = x 000(0) = 0 Solution. (a) Let Y(s) = L {y(t)}(s), then apply the Laplace transform to both sides of the equation: L  y 000 +3y 00 +3y 0 +y (s) = L  2e −t (s) L  y 000 (s) +3L  y 00 (s) +3L  y 0 (s) +L {y}(s) = 2 s+1 s 3Y(s)−s 2 y(0)−sy 0 (0)−y 00(0) +3(s 2Y(s)−sy(0)−y 0 (0)) +3(sY(s)−y(0)) +Y(s) = 2 s+1 s 3Y(s)−s 2 −2s+1+3s 2Y(s)−3s−6+3Y(s)−3+Y(s) = 2 s+1 Y(s)

Meer zien Lees minder
Instelling
Vak

Voorbeeld van de inhoud

Stuvia.com - The Marketplace to Buy and Sell your Study Material




MTHE 225 Homework 5 Solutions




Downloaded by: Kayyh |
Distribution of this document is illegal

, Stuvia.com - The Marketplace to Buy and Sell your Study Material




Solutions #5
1. Use Laplace transforms to solve the following initial value problems:
(a) y000 + 3y00 + 3y0 + y = 2e−t , y(0) = 1, y0 (0) = 2, y00 (0) = −1
d4x d2x
(b) 4 − 2 2 = 3 + 2t + e2t , x(0) = 1, x0 (0) = 2, x00 (0) = x000 (0) = 0
dt dt

Solution. (a) Let Y (s) = L {y(t)}(s), then apply the Laplace transform to both sides of the equation:

L y000 + 3y00 + 3y0 + y (s) = L 2e−t (s)
 

2
L y000 (s) + 3L y00 (s) + 3L y0 (s) + L {y} (s) =
  
s+1
2
s3Y (s) − s2 y(0) − sy0 (0) − y00 (0) + 3(s2Y (s) − sy(0) − y0 (0)) + 3(sY (s) − y(0)) +Y (s) =
s+1
2
s3Y (s) − s2 − 2s + 1 + 3s2Y (s) − 3s − 6 + 3Y (s) − 3 +Y (s) =
s+1
 s3 + 6s2 + 13s + 10
Y (s) s3 + 3s2 + 3s + 1 =
s+1
3 2
s + 6s + 13s + 10 s + 6s2 + 13s + 10
3
Y (s) = = .
(s + 1)(s3 + 3s2 + 3s + 1) (s + 1)4
Let us now find the inverse Laplace transform of Y (s) using partial fractions decomposition. We
have
s3 + 6s2 + 13s + 10 A B C D
4
= + 2
+ 3
+
(s + 1) s + 1 (s + 1) (s + 1) (s + 1)4
s3 + 6s2 + 13s + 10 A(s + 1)3 + B(s + 1)2 +C(s + 1) + D
=
(s + 1)4 (s + 1)4
s3 + 6s2 + 13s + 10 = A(s + 1)3 + B(s + 1)2 +C(s + 1) + D
s3 + 6s2 + 13s + 10 = A(s3 + 3s2 + 3s + 1) + B(s2 + 2s + 1) +Cs +C + D
s3 + 6s2 + 13s + 10 = As3 + 3As2 + 3As + A + Bs2 + 2Bs + B +Cs +C + D



 A=1

3A + B = 6
Equating coefficients gives: =⇒ A = 1, B = 3, C = 4 and D = 2.


 3A + 2B +C = 13

A + B +C + D = 10
1 3 4 2
Hence, Y (s) = + 2
+ 3
+ , and so
s + 1 (s + 1) (s + 1) (s + 1)4
1
y(t) = e−t + 3te−t + 2t 2 e−t + t 3 e−t .
3
(b) Let X(s) = L {x(t)}(s), then apply the Laplace transform to both sides of the equation:

MTHE 225 | 2013 | page 1 of 16




Downloaded by: Kayyh |
Distribution of this document is illegal

, Stuvia.com - The Marketplace to Buy and Sell your Study Material




Solutions #5 MTHE 225: page 2 of 16

n o
L x(4) − 2x00 (s) = L 3 + 2t + e2t (s)


n o 3 2 1
L x(4) (s) − 2L x00 (s) = + 2 +

s s s−2
3 2 1
s4 X(s) − s3 x(0) − s2 x0 (0) − sx00 (0) − x000 (0) − 2(s2 X(s) − sx(0) − x0 (0)) = + 2+
s s s−2
 3 2 1
X(s) s4 − 2s2 = + 2 + + s3 + 2s2 − 2s − 4
s s s−2
s6 − 6s4 + 12s2 − 4s − 4
X(s) =
s2 (s − 2)(s4 − 2s2 )
s6 − 6s4 + 12s2 − 4s − 4 s6 − 6s4 + 12s2 − 4s − 4
X(s) = = √ √ .
s2 (s − 2)s2 (s2 − 2) s4 (s − 2)(s − 2)(s + 2)
Let us now find the inverse Laplace transform of X(s) using partial fractions decomposition. We
have
s6 − 6s4 + 12s2 − 4s − 4 A B C D E F G
√ √ = + 2+ 3+ 4+ + √ + √
s4 (s − 2)(s − 2)(s + 2) s s s s s−2 s− 2 s+ 2
√ √
s6 − 6s4 + 12s2 − 4s − 4 As3 (s − 2)(s2 − 2) + Bs2 (s − 2)(s2 − 2) +Cs(s − 2)(s2 − 2) + D(s − 2)(s2 − 2) + Es4 (s2 − 2) + Fs4 (s − 2)(s + 2) + Gs4 (s − 2)(s −
√ √ = √ √
s4 (s − 2)(s − 2)(s + 2) s4 (s − 2)(s − 2)(s + 2)


Hence, we get
(1) √ √
s6 −6s4 +12s2 −4s−4 = As3 (s−2)(s2 −2)+Bs2 (s−2)(s2 −2)+Cs(s−2)(s2 −2)+D(s−2)(s2 −2)+Es4 (s2 −2)+Fs4 (s−2)(s+ 2)+Gs4 (s−2)(s− 2).
√ √
Setting s = 0 gives D = −1. Setting s = 2 gives E = 18 . Setting s = 2 gives F = 14 , and s = − 2
gives G = 14 . Next, differentiate both sides of equation (1) with respect to s, then set s = 0 to get
C = − 32 . Differentiate one more time with respect to s, then set s = 0 to get B = 74 . Differentiate
one last time with respect to s then set s = 0 to get A = 38 .
3 7 3 1 1 1
1
Hence, X(s) = 8 + 42 − 23 − 4 + 8 + 4√ + 4√ , and so
s s s s s−2 s− 2 s+ 2
3 7 3 1 1 1 √ 1 √
x(t) = + t − t 2 − t 3 + e2t + e 2t + e− 2t .
8 4 4 6 8 4 4

2. Compute: (a) t ∗ t ∗ t ∗ t (b) et ∗ t (c) sint ∗ sint (d) t 2 ∗ cost.
Solution. (a) Notice that t ∗ t ∗ t ∗ t = t ∗ (t ∗ (t ∗ t)). First,
 2 t
τ3
Z t
τ
t ∗t = τ(t − τ) dτ = t −
0 2 3 0
t3 t3 t3
= − = .
2 3 6




Downloaded by: Kayyh |
Distribution of this document is illegal

Geschreven voor

Instelling
Vak

Documentinformatie

Geüpload op
3 februari 2022
Aantal pagina's
17
Geschreven in
2021/2022
Type
Tentamen (uitwerkingen)
Bevat
Vragen en antwoorden

Onderwerpen

$15.50
Krijg toegang tot het volledige document:

Verkeerd document? Gratis ruilen Binnen 14 dagen na aankoop en voor het downloaden kun je een ander document kiezen. Je kunt het bedrag gewoon opnieuw besteden.
Geschreven door studenten die geslaagd zijn
Direct beschikbaar na je betaling
Online lezen of als PDF

Maak kennis met de verkoper

Seller avatar
De reputatie van een verkoper is gebaseerd op het aantal documenten dat iemand tegen betaling verkocht heeft en de beoordelingen die voor die items ontvangen zijn. Er zijn drie niveau’s te onderscheiden: brons, zilver en goud. Hoe beter de reputatie, hoe meer de kwaliteit van zijn of haar werk te vertrouwen is.
10SALES South University
Volgen Je moet ingelogd zijn om studenten of vakken te kunnen volgen
Verkocht
228
Lid sinds
5 jaar
Aantal volgers
210
Documenten
2685
Laatst verkocht
3 maanden geleden

3.6

39 beoordelingen

5
16
4
10
3
2
2
3
1
8

Recent door jou bekeken

Waarom studenten kiezen voor Stuvia

Gemaakt door medestudenten, geverifieerd door reviews

Kwaliteit die je kunt vertrouwen: geschreven door studenten die slaagden en beoordeeld door anderen die dit document gebruikten.

Niet tevreden? Kies een ander document

Geen zorgen! Je kunt voor hetzelfde geld direct een ander document kiezen dat beter past bij wat je zoekt.

Betaal zoals je wilt, start meteen met leren

Geen abonnement, geen verplichtingen. Betaal zoals je gewend bent via iDeal of creditcard en download je PDF-document meteen.

Student with book image

“Gekocht, gedownload en geslaagd. Zo makkelijk kan het dus zijn.”

Alisha Student

Bezig met je bronvermelding?

Maak nauwkeurige citaten in APA, MLA en Harvard met onze gratis bronnengenerator.

Bezig met je bronvermelding?

Veelgestelde vragen