题目
Problem
1.
dx2d2y+3xdxdy=2cosx
(a) Express dx3d3y in terms of x, dxdy and dx2d2y
(3)
At x=0, y=2 and dxdy=5
(b) Determine the value of dx3d3y at x=0
(1)
(c) Express y as a series in ascending powers of x, up to and including the term in x3
(3)
题目中文翻译
dx2d2y+3xdxdy=2cosx
(a) 将 dx3d3y 用 x、dxdy 和 dx2d2y 表示。
(3)
当 x=0 时,y=2,且 dxdy=5。
(b) 求 x=0 时 dx3d3y 的值。
(1)
(c) 将 y 展开为按 x 升幂排列的级数,保留到 x3 项。
(3)
解答
(a)
解法一
思路
展开
对原方程两边关于 x 求导。左边的 3xdxdy 要用乘积法则,所以会产生两项。
答题过程
展开
The product rule gives
=dxd(3xdxdy)3dxdy+3xdx2d2y.
Differentiating the original equation,
dx3d3y+3dxdy+3xdx2d2y=−2sinx.
Therefore
=dx3d3y−2sinx−3dxdy−3xdx2d2y.
(b)
解法一
思路
展开
把 x=0 和 dxdy=5 代入 (a)。含有 x 的那一项会直接变成 0。
答题过程
展开
At x=0, the term containing x in part (a) vanishes. Thus
dx3d3y==−2sin0−3(5)−15.
(c)
解法一
思路
展开
Maclaurin 展开到 x3 需要函数值,以及一至三阶导数在 0 处的值。题目已给 y(0) 和 y′(0),(b) 求出了 y′′′(0),还要从原微分方程求 y′′(0)。
答题过程
展开
From the original differential equation,
dx2d2y=2cosx−3xdxdy
At x=0,
y′′(0)==2cos0−3(0)(5)2
Using the Maclaurin expansion,
y===y(0)+y′(0)x+2!y′′(0)x2+3!y′′′(0)x3+⋯2+5x+22x2−615x3+⋯2+5x+x2−25x3+⋯
Therefore, up to and including the term in x3,
y=2+5x+x2−25x3