Exercise 23.2
Question 1
यदि A,B,a,b स्वेच्छ अचर हो तो निम्नलिखित वक्रो के कुल का अवकल समीकरण ज्ञात कीजिए।
[If A,B,a,b are arbitrary constant, find the D.E of the following family of curves]
(i) Ax2+By2=1
Sol :
Ax2+By2=1..(1)
Differentiating w.r.t to x
2Ax+2By\frac{dy}{dx}=0
2\left[Ax+By\frac{dy}{dx}\right]=0
Ax+By\frac{dy}{dx}=0...(2)
Differentiating w.r.t to x
From (3) and (4)
-\left[y\frac{d^2y}{dx^2}+\left(\frac{dy}{dx}\right)^2\right]=-\frac{y}{x}\frac{dy}{dx}
xy\frac{d^2y}{dx^2}+x\left(\frac{dy}{dx}\right)^2=y\frac{dy}{dx}
xy\frac{d^2y}{dx^2}+x\left(\frac{dy}{dx}\right)^2-y\frac{dy}{dx}=0
Ax+By\frac{dy}{dx}=0...(2)
\frac{y}{x}\frac{dy}{dx}=\frac{-A}{B}
Differentiating w.r.t to x
(ii) xy=Aex+Be-x+x2
Sol :
xy-x2=Aex+Be-x..(1)
Differentiating w.r.t x
x\frac{dy}{dx}+y\times 1-2x=Ae^x+Be^{-x}(-1)
x\frac{dy}{dx}+y-2x=Ae^x+Be^{-x}..(2)
x\frac{d^2y}{dx^2}+\frac{dy}{dx}\times 1+\frac{dy}{dx}-2=Ae^x+Be^{-x}..(3)
From eq(1) Aex+Be-x=xy-x2 putting in (3)
x\frac{d^2y}{dx^2}+2\frac{dy}{dx}-2=xy-x^2
x\frac{d^2y}{dx^2}+2\frac{dy}{dx}=xy-x^2+2
(iii) y=Ae2x+Be-3x
Sol
y=Ae2x+Be-3x...(1)
Differentiating w.r.t x
\frac{dy}{dx}=2Ae^{2x}-3Be^{-3x}...(2)
Differentiating w.r.t x
\begin{aligned}2\frac{dy}{dx}=&4Ae^{2x}-6Be{-3x}\\\frac{d^2y}{dx^2}&=4Ae^{2x}+9Be^{-3x}\\-\phantom{\frac{d^2y}{dx^2}}=&-\phantom{4Ae^{2x}}-\phantom{9Be^{-3x}} \\ \hline 2\frac{dy}{dx}-\frac{d^2y}{dx^2}=&-15Be^{-3x} \end{aligned}
Be^{-3x}=\frac{-1}{15}\left[2\frac{dy}{dx}-\frac{d^2y}{dx^2}\right]
Be^{-3x}=\frac{1}{15}\left[\frac{d^2y}{dx^2}-2\frac{dy}{dx}\right]..(4)
From (2)×3+(3)
\begin{aligned}3\frac{dy}{dx}&=6Ae^{2x}-9Be^{-3x}\\\frac{d^2y}{dx^2}&=4Ae^{2x}+9Be^{-3x}\\ \hline 3\frac{dy}{dx}+\frac{d^y}{dx}&=10Ae^{2x}\end{aligned}
Ae^{2x}=\frac{1}{10}\left[3\frac{dy}{dx}+\frac{d^2y}{dx^2}\right]..(5)
Putting eq(4) and (5) in eq(1)
y=\frac{1}{10}\left[3\frac{dy}{dx}+\frac{d^2y}{dx^2}\right]+\frac{1}{15}\left[\frac{d^2y}{dx^2}-2\frac{dy}{dx}\right]
y=\frac{3}{10}\frac{dy}{dx}+\frac{1}{10}\frac{d^2y}{dx^2}+\frac{1}{15}\frac{d^2y}{dx^2}-\frac{2}{15}\frac{dy}{dx}
y=\frac{1}{6}\frac{d^2y}{dx^2}+\frac{1}{6}\frac{dy}{dx}
y=\frac{1}{6}\left[\frac{d^2y}{dx^2}+\frac{dy}{dx}\right]
\frac{d^2y}{dx^2}+\frac{dy}{dx}-6y=0
(iv) x2+y2=a2
Sol :
Differentiating w.r.t to x
2x+2y\frac{dy}{dx}=0
x+y\frac{dy}{dx}=0
(v) y=ae3x+be-2x
Sol :
y-ae3x=be-2x
e2xy-ae5x=b...(1)
Differentiating w.r.t x
e^2x\frac{dy}{dx}+2ye^{2x}-5ae^{5x}=0
e^{2x}\frac{dy}{dx}+2ye^{2x}=5ae^{5x}
e^{-3x}\frac{dy}{dx}+2ye^{-3x}=5a
e^{-3x}\left(\frac{dy}{dx}+2y\right)=5a
Differentiating w.r.t x
e^{-3x}\left[\frac{d^2y}{dx^2}+2\frac{dy}{dx}\right]+\left[\frac{dy}{dx}+2y\right]e^{-3x}\times (-3)=0
e^{-3x}\frac{d^2y}{dx^2}+2e^{-3x}\frac{dy}{dx}-3e^{-3x}\frac{dy}{dx}-6ye^{-3x}=0
e^{-3x}\left[\frac{d^2y}{dx^2}-\frac{dy}{dx}-6y\right]=0
\frac{d^2y}{dx^2}-\frac{dy}{dx}-6y=0
(vi) \frac{x}{a}+\frac{y}{b}=1
Sol :
Differentiating w.r.t to x
\frac{1}{a}+\frac{1}{b}\frac{dy}{dx}=0
\frac{1}{b}\frac{dy}{dx}=-\frac{1}{a}
\frac{dy}{dx}=-\frac{b}{a}
Differentiating w.r.t to x
\frac{d^2y}{dx^2}=0
(vii) y=e2x(a+bx)
ye-2x=a+bx
Sol :
Differentiating w.r.t x
-2y-2x+e-2x\frac{dy}{dx}=0+b
e^{-2x}\left[-2y+\frac{dy}{dx}\right]=b
Differentiating w.r.t x
e^{-2x}\left[-2\frac{dy}{dx}+\frac{d^2y}{dx^2}\right]+\left[-2y+\frac{dy}{dx}\right]e^{-2x}(-2)=0
-2e^{-2x}\frac{dy}{dx}+e^{-2x}\frac{d^2y}{dx^2}+4ye^{2x}-2e^{-2x}\frac{dy}{dx}=0
e^{-2x}\frac{d^2y}{dx^2}-4e^{-2x}\frac{dy}{dx}+4ye^{-2x}=0
e^{-2x}\left[\frac{d^2y}{dx^2}-4\frac{dy}{dx}+4y\right]=0
\frac{d^2y}{dx^2}-4\frac{dy}{dx}+4y=0
(viii) y=acosx+bsinx
Sol :
y=acosx+bsinx...(1)
Differentiating w.r.t x
\frac{dy}{dx}=-an \sin nx +bn \cos nx...(2)
\frac{d^2y}{dx^2}=-an^2 \cos nx-bn^2 \sin nx
=-n2[acosnx+bsinnx]...(3)
From (1) acosnx+bsinnx=y putting in eq(3)
\frac{d^2y}{dx^2}=-n^2y
\frac{d^2y}{dx^2}+n^2y=0
Question 2
वक्रो के कुल y=Acosx+Bsinx का अवकल समीकरण ज्ञात करे जहाँ A और B प्राचल है।
Sol :
y=Acosx+Bsinx
Differentiating w.r.t x
\frac{dy}{dx}=-A\sinx+Bcosx
Again , differentiating w.r.t x
\frac{d^2y}{dx^2}=-A\cos x-B\sin x
\frac{d^2y}{dx^2}=-(A\cos x+B\sin x)
\frac{d^2y}{dx^2}=-y
\frac{d^2y}{dx^2}+y=0
Question 3
वक्रो के कुल (2x+a)2+y2=a2 का अवकल समीकरण ज्ञात करे , जहाँ a एक प्राचल है।
Sol :
(2x+a)2+y2=a2
4x2+4ax+a2+y2=a2
4a=\frac{-(4x^2+y^2)}{x}
4x2+4ax+y2=0
Differentiating w.r.t x
8x+4a+2y\frac{dy}{dx}=0
8x-\frac{(4x^2+y^2)}{x}+2y\frac{dy}{dx}=0
\frac{8x^2-4x^2-y^2+2xy\frac{dy}{dx}}{x}=0
2xy\frac{dy}{dx}-y^2+4x^2=0
Question 4
वक्रो के कुल (x+a)2-2y2=a2 का अवकल समीकरण ज्ञात करे ,जहाँ a एक स्वेच्छ अचर है।
Sol :
(x+a)2-2y2=a2
x2+2ax+a2-2y2=a2
x2+2ax-2y2=0
2a=\frac{2y^2-x^2}{x}
Differentiating w.r.t x
2x+2a-4y.\frac{dy}{dx}=0
2x+\frac{2y^2-x^2}{x}-4y\frac{dy}{dx}=0
\frac{2x^2+2y^2-x^2-4xy\frac{dy}{dx}}{x}=0
x^2+2y^2-4xy\frac{dy}{dx}=0
x^2+2y^2=4xy\frac{dy}{dx}
Question 5
वक्रो के कुल y=asin(bx+c) ,जहाँ a और c स्वेच्छ अचर है, के अवकल समीकरण का निर्माण करे।
Sol :
y=asin(bx+c)
Differentiating w.r.t x
\frac{dy}{dx}=ab\cos (bx+c)
Again, Differentiating w.r.t x
\frac{d^2y}{dx^2}=-b^2y
\frac{d^2y}{dx^2}+b^2y=0
Question 6
स्वेच्छ अचरो को नही शामिल करने वाला अवकल समीकरण बनाएँ जो, y=aebx जहाँ a और b स्वेच्छ अचर है, तो संतुष्ट होता है।
Sol :
y=aebx
Differentiating w.r.t x
\frac{dy}{dx}=by
b=\frac{1}{y}\frac{dy}{dx}
Again, differentiating w.r.t x
\frac{d^2y}{dx^2}=b\frac{dy}{dx}
\frac{d^2y}{dx^2}=\frac{1}{y}\frac{dy}{dx}\times \frac{dy}{dx}
y\frac{d^2y}{dx^2}=\left(\frac{dy}{dx}\right)^2
Question 7
a को विलुप्त करते हुए (x-a)2+2y2=a2 के संगत अवकल समीकरण बनाएँ।
Sol :
(x-a)2+2y2=a2
x2-2ax+a2+2y2=a2
x2-2ax+2y2=0
2a=\frac{x^2+2y^2}{x}
Differentiating w.r.t x
2x-2a+4y\frac{dy}{dx}=0
2x-\frac{x^2+2y^2}{x}+4y\frac{dy}{dx}=0
\frac{2x^2-x^2-2y^2+4xy\frac{dy}{dx}}{x}=0
4xy\frac{dy}{dx}+x^2-2y^2=0
4xy=2y2-x2
Question 8
दिखाएँ कि जिसका हल y=2(x^2-1)+ce^{-x^2} है वह अवकल समीकरण \frac{dy}{dx}+2y=4x^3 है।
Sol :
y=2(x^2-1)+ce^{-x^2}
ce^{-x^2}=y-2x^2+2
Differentiating w.r.t x
\frac{dy}{dx}=2(2x)+ce^{-x^2}\times (-2x)
\frac{dy}{dx}=4x+(y-2x^2+2)(-2x)
\frac{dy}{dx}=4x-2xy+4x^3-4x
\frac{dy}{dx}+2xy=4x^3
अतः y=2(x^2-1)+ce^{-x^2} अवकल समीकरण
\frac{dy}{dx}+2xy=4x^3 का एक हल है।
Question 9
x=Acos(nt+α), जहाँ n अचर है तथा A, α प्राचल है द्वारा प्रदत्त ,(simple harmonic motion) का अवकल समीकरण बनाएँ।
Sol :
x=Acos(nt+α)
Differentiating w.r.t t
\frac{dx}{dt}=-A\sin (nt+\alpha)
Again ,Differentiating w.r.t t
\frac{d^2x}{dt^2}+n^2x=0
Question 10
ऐसे परवलयो के कुल का अवकल समीकरण निर्मित कीजिए ,जिनका शीर्ष मूलबिन्दु पर है और जिनका अक्ष धनात्मक y-अक्ष की दिशा मे है।
Sol :
परवलय के कुल का समीकरण जिसका शीर्ष मूलबिंदु पर है और जिसका अक्ष y-अक्ष के धनात्मक दिशा मे है
x2=4ay
Differentiating w.r.t x
2x=4a\frac{dy}{dx}
2x=\frac{x^2}{y}\times \frac{dy}{dx}
x^2\frac{dy}{dx}=2xy
x^2\frac{dy}{dx}-2xy=0
x\left(x\frac{dy}{dx}-2y\right)=0
x\frac{dy}{dx}-2y=0
Question 11
ऐसे वृत्तो के कुल का अवकल समीकरण ज्ञात कीजिए जिनका केन्द्र y-अक्ष पर है और जिनकी त्रिज्या 3 इकाई है।
Sol :
वृत्त के कुल का समीकरण जो y-अक्ष पर स्थित हो तथा त्रिज्या 3 इकाई है।
(x-0)2+(y-a)a2=32
x2+(y-a)2=9
Differentiating w.r.t x
2x+2(y-a)\frac{dy}{dx}=0
2\left[x+(y-a)\frac{dy}{dx}\right]=0
x+(y-a)\frac{dy}{dx}=0
(y-a)\frac{dy}{dx}=-x
दोनो तरफ वर्ग करने पर
(y-a)^2 \left(\frac{dy}{dx}\right)^2=(-x)^2
(9-x^2)\left(\frac{dy}{dx}\right)^2=x^2
(x^2-9)\left(\frac{dy}{dx}\right)^2=-x^2 (-1 से गुणा करने पर)
(x^2-9)\left(\frac{dy}{dx}\right)^2+x^2=0
[Diagram to be added]
Question 12
y-अक्ष को मूलबिन्दु पर स्पर्श करनेवाले वृत्तो के कुल का अवकल समीकरण ज्ञात कीजिए।
Sol :
y-अक्ष को मूल बिंदु पर स्पर्श करने वाले वृत्तो के कुल समीकरण
(x-a)2+(y-0)2=a2
x2-2ax+y2=0
2a=\frac{x^2+y^2}{x}
Differentiating w.r.t x
2x-2a+2y\frac{dy}{dx}=0
2x-\frac{x^2+y^2}{x}+2y\frac{dy}{dx}=0
\frac{2x^2-x^2-y^2+2xy\frac{dy}{dx}}{x}=0
x^2-y^2+2xy\frac{dy}{dx}=0
2xy\frac{dy}{dx}=y^2-x^2
Question 13
ऐसे अतिपरवलयो के कुल का अवकल समीकरण ज्ञात कीजिए जिनकी नाभियाँ x-अक्ष पर है तथा जिनका केन्द्र मूलबिन्दु है।
Sol :
उस अतिपरवलयो के कुल का समीकरण जिसका नाभियाँ x-अक्ष पर हो तथा जिसका केन्द्र मूलबिन्दु है।
\frac{x^2}{a^2}-\frac{y^2}{b^2}=1
Differentiating w.r.t x
\frac{2x}{a^2}-\frac{2y}{b^2}\times \frac{dy}{dx}=0
\frac{-2y}{b^2}\times \frac{dy}{dx}=\frac{-2x}{a^2}
\frac{dy}{dx}=\frac{b^2x}{a^2y}
\frac{b^2}{a^2}=\frac{y}{x}\times \frac{dy}{dx}
Again ,Differentiating w.r.t x
\frac{d^2}{dx^2}=\frac{b^2}{a^2}\left[\dfrac{1.y-x\frac{dy}{dx}}{y^2}\right]
\frac{d^2}{dx^2}=\frac{y}{x}\times \frac{dy}{dx} \left[\frac{y-x\frac{dy}{dx}}{y^2}\right]
xy\frac{d^2y}{dx^2}=y\frac{dy}{dx}-x\left(\frac{dy}{dx}\right)^2
xy\frac{d^2y}{dx^2}+x\left(\frac{dy}{dx}\right)^2=y\frac{dy}{dx}
Question 14
ऐसे दीर्घवृत्तो के कुल का अवकल समीकरण ज्ञात कीजिए जिनकी नाभियाँ y-अक्ष पर है तथा जिनका केन्द्र मूलबिन्दु है।
Sol :
ऐसे दीर्घवृत्तो के कुल का समीकरण जिसकी नाभियाँ y-अक्ष पर है तथा जिसका केन्द्र मूल बिन्दु है।
\frac{x^2}{b^2}+\frac{y^2}{a^2}=1 ; a>b
Differentiating w.r.t x
\frac{2x}{b^2}+\frac{2y}{a^2}\times \frac{dy}{dx}=0
\frac{2y}{a^2}\times \frac{dy}{dx}=\frac{-2x}{b^2}
\frac{dy}{dx}=-\frac{a^2}{b^2}\times \frac{x}{y}
-\frac{a^2}{b^2}=\frac{y}{x}\times \frac{dy}{dx}
Again, Differentiating w.r.t x
Question 15
Question 16
Differentiating w.r.t x
\dfrac{-(x^2-y^2-a^2)\frac{dy}{dx}}{y}=-2x
(x^2-y^2-a^2)\frac{dy}{dx}=2xy
[Incomplete]
Sir lesson 24 ,25, 26 bhi upload kar dejiye
ReplyDeleteNice
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