Общее решение неоднородного дифференциального уравнения равно сумме общего решения однородного дифференциального уравнения, соответствующего данному неоднородному, и частного решения неоднородного дифференциального уравнения.
Составим однородное дифференциальное уравнение, соответствующее данному неоднородному:
Составим характеристическое уравнение и решим его:
Общее решение однородного уравнения:
Запишем в общем виде частное решение данного неоднородного уравнения, учитывая, что в правой части стоит произведение экспоненты и на косинус, а также то, что степень экспоненты и выражение под знаком косинуса совпадают с соответствующими выражениями, полученными при решении однородного уравнения:
Находим первую производную:
Находим вторую производную:
Подставляем в исходное уравнение:
Условие равенства левой и правой частей:
Частное решение данного неоднородного уравнения:
Общее решение данного неоднородного уравнения:
Перепишем неравенство в таком виде
(*)
Остановимся на этом шаге. Функция справа - убывающая, очевидно наступит момент, когда она обратится в нуль и в дальнейшем будет принимать лишь отрицательные значения. Функция слева может быть лишь положительна (или равна 0), т.е. можно найти такое значение параметра, при котором
все множество значений левой функции всегда будет больше множества значений правой функции. В этом случае решением неравенства будут являться все из области определения.
Найдем при каком значении переменной правая функция обращается в нуль:
В этой точке левая функция уже должна быть определена и должна принимать значения, строго большие нуля, т.е. =>
.
Итого при и
исходное неравенство выполняется.
Следующий шаг, возведем обе части (*) в квадрат, чуть упростим, получим
(#)
Проанализируем это неравенство. Если величина справа будет меньше нуля, то при любых допустимых неравенство будет выполнено. Найдем момент, когда величина обращается в нуль:
=>
При значениях параметра меньших все допустимые аргументы являются решениями. Очевидно, что из двух условий
определеяющим будет
Итого при и
исходное неравенство выполняется.
Последний шаг, возведем (#) в квадрат и упростим, получится выражение
Откуда для всех оставшихся значений параметра a
,
,
,
2)да
они могут оба