【微分積分】4-8-4 スツルム・リウヴィル型微分方程式|問題集
1.次の問いに答えなさい。
(1)微分方程式\((1-x^2)y''-2xy'+\lambda y=0\)に対応する重み関数\(\omega(x)\)を求めなさい。
スツルム・リウヴィル型微分方程式より、
\(\displaystyle \frac{d}{dx}\{p(x)y'\}+[\lambda\omega(x)-q(x)]y=0\)
すなわち、
\(p(x)=1-x^2,\omega(x)=1,q(x)=0\)
よって、
\(\omega(x)=1\)
\(\displaystyle \frac{d}{dx}\{p(x)y'\}+[\lambda\omega(x)-q(x)]y=0\)
すなわち、
\(p(x)=1-x^2,\omega(x)=1,q(x)=0\)
よって、
\(\omega(x)=1\)
(2)微分方程式\(y''+xy'+\lambda y=0\)に対応する\(p(x),\omega(x),q(x)\)を求めなさい。
スツルム・リウヴィル型微分方程式より、
\(\displaystyle \frac{d}{dx}\{p(x)y'\}+[\lambda\omega(x)-q(x)]y=0\)
\(\displaystyle py''+p'y'+[\lambda\omega(x)-q(x)]y=0\)
すなわち、
\(p(x)=e^{\int xdx}=e^{\frac{x^2}{2}}\)
\(\displaystyle \frac{d}{dx}\{e^{\frac{x^2}{2}}y'\}+\lambda e^{\frac{x^2}{2}}y=0\) よって、
\(p(x)=e^{\frac{x^2}{2}},\omega(x)=e^{\frac{x^2}{2}},q(x)=0\)
\(\displaystyle \frac{d}{dx}\{p(x)y'\}+[\lambda\omega(x)-q(x)]y=0\)
\(\displaystyle py''+p'y'+[\lambda\omega(x)-q(x)]y=0\)
すなわち、
\(p(x)=e^{\int xdx}=e^{\frac{x^2}{2}}\)
\(\displaystyle \frac{d}{dx}\{e^{\frac{x^2}{2}}y'\}+\lambda e^{\frac{x^2}{2}}y=0\) よって、
\(p(x)=e^{\frac{x^2}{2}},\omega(x)=e^{\frac{x^2}{2}},q(x)=0\)
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