Superposition-Differential Equations-Assignemnt and Solution, Exercises of Differential Equations

This is solved assignment of Differential Equations course. It can be helpful to engineering, computer science, physics and maths students. It was submitted to Prof. Dhanesh Bhatnagar at B R Ambedkar National Institute of Technology. It includes: Superposition, Integer, Antiphase, Input, Response, Periodic, Homogeneous, Roots, Operator

Typology: Exercises

2011/2012

Uploaded on 07/31/2012

dhananjay
dhananjay 🇮🇳

4

(2)

33 documents

1 / 2

Toggle sidebar

This page cannot be seen from the preview

Don't miss anything!

bg1
�����
�������
���
��
���
���������
���
������
���
��
���
��
���
��
���
��
���
���
���
���
������
g(t) = 4 (sin(t) 1 sin(3t)+ 1 sin(5t)−· · · )
��
����������
π 32 52
���
���
���
����
����
A sin(ωt)
��
��������
��
x¨ + ω2 x = A sin(ωt)
���
����
�������
ω2 n
nω2
��
x¨ + ω2 x = g(t)
��
�����
xp = 4 ( sin(t) 1 sin(3t) + )
��
����
��
ωn
��
���
��
��
ω2 32 n32
nπ n12 ω2 · · ·
��������
���
���
��
ωn
��
��
��
�������
�����
��
��
�������
���������
4 sin(t)
���
���
ωr = 1
��
ω
����
����
����
1
���
����
π ω2
����������
���
xp
��
����������
n1
�����
��
�����
����
��
���������
����
sin(t)
���
���
�����
����������
��
ωn
��
����
�������
����
1
���
����
����
�����
���
���������
���
��
������
�������
��
sin(t)
��
���
������
�������
��
��
�����
����
���
������
���
���
����
��
����
���������
����
ωn
��
���
��
��
������
���
��������
xp
��
��
�������
��
����
2π
���
�������
��������
��
���
�����������
��������
��
a cos(ωnt) +
b sin(ωnt)
����
��
�������
��
����
ω
2π
n
���
���
��
�������
��
����
�������
��
2π
��
�����
��
����
�����
��
ω
2π
n
���
����
�������
����
ωn
��
��������
����
����
���
��
���������
���
���
���
�����
���
�������
��
����
2π
��
ωn
��
��
��
���������
���
���
���
f(t) = u(t)t
f(t) = u(t)
���
���
f(t) = u(t)(1 t)
f(t) = u(t) + δ(t)
���
���
f(t) = (u(t) u(t 1))(2t 1)
f(t) = 2(u(t) u(t 1)) δ(t) δ(t 1)
���
���
f(t) = (u(t)u(t1))t+(u(t1)u(t2))(t1)+(u(t1)u(t2))(t2)+ = · · ·
u(t)t u(t 1) u(t 2) · · ·
���
���
���
�����
��
���
�������������
���������
���
1 ± i
��
���
�������
��������
��
���
�����������
��������
��
et(a cos t + b sin t)
��
����
�������
��������
���
����
������
�����
��������
���
w(0) = 0
���
w˙ (0+) = 2
1
���
����
�����
a = 0
���
���
������
�����
b = 1
2
w(t) = 1
2 u(t)et sin t
���
���
��
t > 0
���
����
����
��������
��
��������
��
p(D)x = 1
��
���
�����
xp = 1
4
��
���
���������
���
���
�������
��������
��
����
x = 4
1 + et(a cos t + b sin t)
�������
����
�������
�����������
0 = x(0) = 1
4 +a
��
a = 4
1
x˙ = et((a+b) cos t+(ab) sin t)
��
0 = x˙(0) = a + b
���
b = 1
��
����
v = 1 u(t)(1 et(cos t + sin t))
4 4
���
���
v˙ = 1
4 et((1 + 1) cos t + (1 1) sin t) = 1
2 et sin t
���
���
���
����
��������
���
����
��
�����
��
���
��������
���
��
����
����
(aD + bI)(2u) = 2(t) + 2bu(t)
��
b = 0
���
a = 2
1
p(D) = 1
2 D
����
���
����
��������
���
��
����
��
��
���������
�����
��
���
��������
���
��
������
������
��
t > 0
w(t) = t
��
���
��������
��
a2x¨ + a1x˙ + a0x = 0
����
x(0) = 0
���
x˙(0) = 1
����
���
a1 + a0t = 0
�������
a1 = a0 = 0
���
1 = d tt=0 = 1
�������
a2 dt |a2
����
a2 = 1
��
p(D) = D2
��
��
���
�����
����
w(t) = u(t)t
w˙ (t) = u(t)
���
w¨(t) = δ(t)
��
a2δ(t) = δ(t)
���
a2 = 1
docsity.com
pf2

Partial preview of the text

Download Superposition-Differential Equations-Assignemnt and Solution and more Exercises Differential Equations in PDF only on Docsity!

����� ������� ��� �� ���� �� ��������� ���� � ������� ��� �� ��� �� ��� �� ��� �� ��� ��� ��� ���� ������� �� g(t) = (^4) π^ (sin(t)− 312 sin(3t)+ 512 sin(5t)−· · · )� �� ������������� ��� ��� ��� ���� ���� A sin(ωt) ω^2 ��^ �^ ��������^ ��^ x¨ +^ ωn^2 x^ =^ A^ sin(ωt)�^ ��^ ���^ ����^ �^ �������� n−ω^2 �� x¨ + ω^2 x = g(t) �� ����� �� xp = 4 ( (^) ωsin( 2 t)^312 sin(3t)^ + )� �� ���� �� ωn �� ��� �� ��� n (^) π (^) n− (^12) n− 32 − (^) ω 2 · · · �������� ��� ��� �� ωn �� �� ��� ������� ����� �� �� �������� ��������� ��� ��� ω^4 sin(t) r = 1�^ ���^ ω^ ����^ ����^ ����^1 �^ ���^ ����^ π ω n (^2) − 1 ����������^ ���^ xp ��^ ���������� ����� �� ����� ���� �� ��������� ���� sin(t) ��� ��� ����� ���������� ���� ωn �� ���� ������� ���� 1 � ��� ���� ���� ������ ��� ��������� ��� ��� �� � �������� �������� �� sin(t)� �� ��� ������ �������� �� �� ����� ���� ��� ������ ��� ��� ���� �� � ������ ��������� ���� ωn �� ��� �� ��� �������� ��� �������� xp ����� �� �������� �� ������ 2 π� ��� ������� �������� �� ��� ����������� �������� �� a cos(ωnt) + b sin(ωnt)� ����� �� �������� �� ������ (^) ω^2 π n � ��� ��� �� �������� �� ���� �������� �� 2 π �� ����� �� ���� �������� �� (^) ω^2 π n � ��� ���� ������� ���� ωn �� � �������� ������ ���� ��� �� ��� ��������� ��� ��� ���� ����� ��� �������� �� ������ 2 π �� ωn �� �� ���� ��������� ��� ��� ��� f (t) = −u(t)t� f �(t) = −u(t)� ��� ��� f (t) = u(t)(1 − t)� f �(t) = −u(t) + δ(t)� ��� ��� f (t) = (u(t) − u(t − 1))(2t − 1)� f �(t) = 2(u(t) − u(t − 1)) − δ(t) − δ(t − 1)� ��� ��� f (t) = (u(t)−u(t−1))t+(u(t−1)−u(t−2))(t−1)+(u(t−1)−u(t−2))(t−2)+ · · ·= u(t)t − u(t − 1) − u(t − 2) − · · · � ��� ��� ��� ��� ����� �� ��� �������������� ���������� ��� − 1 ± i� �� ��� ������� �������� �� ��� ����������� �������� �� e−t(a cos t + b sin t)� ��� ���� ������� �������� ��� ���� ������ ����� �������� ��� w(0) = 0 ��� w˙ (0+) = 21 � ��� ���� ������ a = 0 ��� ��� ������ ����� b = 12 � w(t) = 12 u(t)e−t^ sin t� ��� ��� ��� t > 0 � ��� ���� ���� �������� �� � �������� �� p(D)x = 1� �� ��� ����� xp = 14 �� ���� � ��������� ��� ��� ������� �������� �� ���� x = 41 + e−t(a cos t + b sin t)� �� ������� ���� ������� ����������� 0 = x(0) = 14 +a �� a = − 41 � x˙ = e−t((−a+b) cos t+(−a−b) sin t)� �� 0 = x˙ (0) = −a + b ��� b = −^14 �� ����� v = 14 u(t)(1 − e−t(cos t + sin t))� ��� ��� v˙ = −^14 e−t((− 1 + 1) cos t + (− 1 − 1) sin t) = 12 e−t^ sin t� ��� ��� ��� ���� �������� ��� � ���� �� ������ �� ��� �������� ���� �� �� ���� ������ (aD + bI)(2u) = 2aδ(t) + 2bu(t)� �� b = 0 ��� a = 21 � p(D) = 12 D� ���� ��� ���� �������� ��� �� ���� ��� ��� ���������� ����� �� ��� �������� ���� �� �� ������ ������ ��� t > 0 � w(t) = t �� ��� �������� �� a 2 x¨ + a 1 x˙ + a 0 x = 0 ���� x(0) = 0 ��� x˙ (0) = (^) a^12 � ���� ��� a 1 + a 0 t = 0 ������� a 1 = a 0 = 0� ��� 1 = (^) dtd^ t |t (^) =0 = (^) a^12 ������� ���� a 2 = 1� �� p(D) = D^2 � �� ��� ��� ����� ���� w(t) = u(t)t� w˙ (t) = u(t) ��� w¨(t) = δ(t)� �� a 2 δ(t) = δ(t) ��� a 2 = 1�

docsity.com

����� ��� ���� �������� w(t) ��� �� ���� �� ����� �� ����������� ��� ��� ������ ���������� ���� ����� w¨(t) = 2u(t)� �� w(3)(t) = 2δ(t)� ���� ����� ���� �� ��� ������� ��� � ����� ����� ��������� a 3 D^3 + a 2 D^2 + a 1 D + a 0 I� t^2 �� � �������� �� ��� ����������� ��������� �� a 2 · 2 + a 1 2 t + a 0 t^2 = 0� ����� ������� ���� a 0 = a 1 = a 2 = 0� w¨(0) = 2 ������� 1

���� a^1 D^3 � u(t)t^2 � 3 =^2 ���^ p(D) =^2 ��^ ���^ ���^ �����^ ����^ w(t) =^ w˙ (t) =^ u(t)2t� w¨(t) = 2u(t)� w(3)(t) = 2δ(t)� �� a 3 w(3)(t) = δ(t) ������� ���� a 3 = 21 � ��� ��� ��� x(t) = w(t)∗q(t) = ´ (^) t w(t−τ )q(τ ) dτ = ´ (^) t e−k(t−τ^ )^ cos(ωτ ) dτ = e−kt^ ´ (^) t 0 0 0 Re(e(k+iω)τ^ )^ dτ^ = e−ktRee (k+iω)t− 1 k+iω =^ k^2 +^1 ω^2 Re((k^ −^ iω)((cos(ωt)^ −^ e−kt) +^ i^ sin(ωt))^ =^ k^2 +^1 ω^2 (k^ cos(ωt) + ω sin(ωt) − ke−kt)� ���� x˙ = (^) k (^2) +^1 ω 2 (−kω sin(ωt) + ω^2 cos(ωt) + k^2 e−kt)� ��� ������ x˙ + kx = cos(ωt)� ����� x(0) = 0 � ��� ����������� ����� ��� ��������� ���� ������ ��� ��� x(t) = w(t) ∗ q(t) = ´ (^) t w(t − τ )q(τ ) dτ = 1 ´ (^) t 0 ω sin(ωn(t^ −^ τ^ ))^ dτ^ =^ ω^12 cos(ωn(t^ − n (^0) n τ ))|t 0 = (^) ω^12 (1 − cos(ωnt))� ���� x˙ = (^) ω^1 sin(ωnt) ��� x¨ = cos(ωnt)� �� �� �� ���� ���� n n x¨ + ωn^2 x = 1� ���� x(0) = 0 ��� x˙ (0) = 0 � �� ���� ������� ����������� ���� ����� ��� ����������� �������� ��� ������ ���� ��� ����� ����������� �������� �� ������� ���� ������� ����������� t t (^1 2 1 ) ��� ��� t ´ (^2) ∗ t ´

0 (t^ −^ τ ´) (^2) τ dτ ´

0 (t (^2) τ − 2 − tτ 2 + − τ 3 ) dτ = 2 t^43 t^4 + 4 t^4 = 12 t^4 � t t (^1 1 )

t ∗ t^2 = 0 (t − τ )τ 2 dτ = 0 (tτ 2 − τ 3 ) dτ = 3 t^4 4 t^4 = 12 t^4 � ��� ��� t ∗ t = t (t − τ )τ dτ = t 0 0 (tτ^ −^ τ^2 )^ dτ^ =^12 t^3 13 t^3 =^16 t^3 � ��� (t∗t)∗t = 1 t (t−τ )^3 τ dτ = 1 t 6 0 (t^3 −^3 t^2 τ^ +3tτ^2 −τ^3 )τ^ dτ^ =^1 (^1 3 +^3 1 )t^5 =^1 t^5 � ´ 6 0 6 2

t (^1 1 ) ����� t ∗ (t ∗ t) = 16 0 (t − τ )τ 3 dτ = 6 (^14 − 5 )t^5 = 120 t^5 �

docsity.com