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
Document preview thumbnail
Voorbeeld 4 van de 218 pagina's
Tentamen (uitwerkingen)

Differential Equations APM2611 University of South Africa 2011–2014 Complete exam material with memoranda and assignment solutions

Document preview thumbnail
Voorbeeld 4 van de 218 pagina's

This exam pack covers APM2611 Differential Equations material from UNISA, including examination papers, detailed memoranda, assignment solutions, and formula sheets. Topics include first- and higher-order differential equations, D-operator methods, power series, Laplace transforms, Fourier series, and partial differential equations such as heat conduction. The pack includes worked solutions and exam-focused guidance on showing calculations and reasoning.

Voorbeeld van de inhoud

APM2611/202/2/2014




Tutorial Letter 202/2/2014


DIFFERENTIAL EQUATIONS

APM2611

Semester 2

Department of Mathematical Sciences


This tutorial letter contains solutions
for assignment 02.




BAR CODE




university
Learn without limits. of south africa

, P∞
1. Let y = j=0 aj xj . The initial value problem becomes

X ∞
X ∞
X
2 j−2 j−1
(x + 1) j(j − 1)aj x − 8x jaj x + 20 aj xj = 0, a0 = 1, a1 = 1.
j=2 j=1 j=0

Thus we have

X ∞
X ∞
X ∞
X
j j−2 j
j(j − 1)aj x + j(j − 1)aj x −8 jaj x + 20 aj xj = 0, a0 = 1, a1 = 1.
j=2 j=2 j=1 j=0

To convert the second sum to easily comparable powers, we substitute j −2 → j so that j → j +2
and j(j − 1) → (j + 2)(j + 1) (the lower bound on the sum becomes j + 2 = 2 so that j = 0):

X ∞
X ∞
X ∞
X
j j j
j(j − 1)aj x + (j + 2)(j + 1)aj+2 x − 8 jaj x + 20 aj xj = 0, a0 = 1, a1 = 1.
j=2 j=0 j=1 j=0

Separating terms in the sums which are not common yields

X
(2a + 20a ) + (6a − 8a1 + 20a1 )x + (j(j − 1)aj + (j + 2)(j + 1)aj+2 − 8jaj + 20aj ) xj = 0.
| 2 {z 0} | 3 {z }
j=0 j=1 j=2


Comparing coefficients of x we find

a0 =1
a1 =1
j =0 2a2 + 20a0 = 0 a2 = −10
j =1 6a3 − 8a1 + 20a1 = 0 a3 = −2
..
.
(j − 4)(j − 5)
j(j − 1)aj + (j + 2)(j + 1)aj+2 − 8jaj + 20aj = 0 aj+2 = − aj
(j + 2)(j + 1)
..
.

Thus we find a4 = 5, a6 = 0 = a8 = a10 = · · · , and a5 = 1/5, a7 = 0 = a9 = a11 = · · · . It follows
that ∞
X x5
y(x) = aj xj = 1 + x − 10x2 − 2x3 + 5x4 + .
j=0
5

2. We have
Z ∞ Z 1 Z ∞ Z 1
−st −st −st
L {f (t)} = e f (t)dt = e f (t)dt + e f (t)dt = e−st (3t − 1)dt
0 0 1 0
 1
3t −st 3 1
= − e − 2 e−st + e−st
s s s 0
2 3 3 1
= − e−s − 2 e−s + 2 − .
s s s s


2

, APM2611/202


3. We use the table of Laplace transforms in the textbook.

(i)

d
L te2t sin 6t = (−1)1 L e2t sin 6t
 
ds 
d
=− L {sin 6t}
ds s→s−2
 
d 6
=−
ds s2 + 36 s→s−2
 
d 6
=−
ds (s − 2)2 + 36
12(s − 2)
= .
((s − 2)2 + 36)2

(ii)

L {cos(2t)U (t − π)} = L {cos(2(t − π) + 2π)U (t − π)}
= L {cos(2(t − π))U (t − π)}
s
= e−πs L {cos(2t)} = e−πs 2 .
s +4

(iii)
Z t   Z t 
−τ −t
L e cos τ dτ =L e t−τ
e cos τ dτ
0 0
Z t 
=L t−τ
e cos τ dτ
0 s→s+1
= L e L {cos t} s→s+1
 t

1 s
= 2
s − 1 s + 1 s→s+1
s+1
= .
s((s + 1)2 + 1)

4. (i) The table of Laplace transforms provides directly
 −πs   
−1 e −1 1
L =L U (t − π)
s2 + 1 s2 + 1 t→t−π

= sin t U (t − π)
t→t−π
= sin(t − π)U (t − π).

(ii) First find the partial fraction decomposition:

2s + 4 A B C
= + +
(s − 2)(s + 1)(s + 3) s−2 s+1 s+3


3

, 2s + 4 = A(s + 1)(s + 3) + B(s − 2)(s + 3) + C(s − 2)(s + 1)
2s + 4 = (A + B + C)s2 + (4A + B − C)s + (3A − 6B − 2C)
which provides the equations
s2 : 0 = A + B + C
s : 2 = 4A + B − C
1 : 4 = 3A − 6B − 2C.
The equations can be solved using Gauss elimination. Subtracting the second equation
from the first provides 2 = 3A − 2C which when inserted into the third equation yields
2 = −6B so that B = −1/3. The first two equation become
1 7
= A + C, = 4A − C
3 3
so that A = 8/15 and C = −1/5. Thus
 
−1 2s + 4
L
(s − 2)(s2 + 4s + 3)
     
8 −1 1 1 −1 1 1 −1 1
= L − L − L
15 s−2 3 s+1 5 s+3
2t −t −3t
8e e e
= − − .
15 3 5
5.
L {y 00 − 4y + 4y} = L t3 e2t


6
L {y 00 } − 4L {y 0 } + 4L {y} =
(s − 2)4
6
s2 L {y} − sy(0) − y 0 (0) − 4(sL {y} − y(0)) + 4L {y} =
(s − 2)4
6
(s2 − 4s + 4)L {y} =
(s − 2)4
6
L {y} =
(s − 2)6
 
6 −1 5!
y= L
120 (s − 2)6
1
y = t5 e2t .
20
6. We find
1 π 1 π
Z Z
a0 = f (x)dx = dx = 1
π −π π 0
1 π 1 π
Z Z
an = f (x) cos nx dx = cos nx dx = 0
π −π π 0
1 π 1 π
Z Z
1 π 1
bn = f (x) sin nx dx = sin nx dx = − cos nx 0
= (1 − (−1)n ) .
π −π π 0 nπ nπ


4

Gekoppeld boek
 image
Uitgever: 2016 ISBN: 9781337515061 Druk: Onbekend

Documentinformatie

Geüpload op
15 augustus 2026
Aantal pagina's
218
Geschreven in
2025/2026
Type
Tentamen (uitwerkingen)
Bevat
Vragen en antwoorden
$9.81

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

Seller avatar
PSMokwena
5.0
(1)
Verkocht
3
Volgers
0
Items
14
Laatst verkocht
2 maanden geleden


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