東京大学 工学系研究科 2019年度 数学 第1問
Author
祭音Myyura (co-authored with GPT 6 Astra)
Description
I. x2y′′−xy′+y=x3 の一般解を求めよ。
II. x2y′−x2y2+xy+1=0 の一般解を求めよ。ただし y=1/x は特解である。
III. 非負整数 n に対して In=∫0π/4tannxdx と定める。
- I0,I1,I2 を求めよ。
- n≥2 に対して In を求めよ。
题目描述
I. 求 x2y′′−xy′+y=x3 的通解。
II. 求 x2y′−x2y2+xy+1=0 的通解。已知 y=1/x 为一个特解。
III. 定义 In=∫0π/4tannxdx,n 为非负整数。
- 求 I0,I1,I2。
- 求 n≥2 时的 In。
Kai
t=log∣x∣ とおけば (Dt−1)2y=x3 となる。斉次解は C1x+C2xlog∣x∣、特解は x3/4 なので、x=0 をまたがない区間において
y=C1x+C2xlog∣x∣+4x3.
II.
y=1/x+u とおくと u′−u/x=u2 となる。u=0 の場合、さらに v=1/u とおけば
v′+xv=−1,(xv)′=−x.
したがって
y=x1+C−x22x,x=0, C−x2=0.
また、置換の際に分けた解として y=1/x がある。
III.
- 直接積分して
I0=4π,I1=21log2,I2=1−4π.
- tan2x=sec2x−1 より
In=∫0π/4tann−2xsec2xdx−In−2=n−11−In−2.
よって k≥1 に対して
I2kI2k+1=j=1∑k2j−1(−1)k−j+(−1)k4π,=j=1∑k2j(−1)k−j+2(−1)klog2.