Belirsiz Katsayılar Yöntemi

Diferansiyel Denklemler

Öğr. Gör. Oktay Cesur

2026-08-05

Eksik Parça: Özel Çözüm

\[ y''-3y'+2y=4x \]

Homojen kısmı çözebiliyoruz:

\[ y_h=c_1e^{x}+c_2e^{2x} \]

Sağ tarafı dengeleyen \(y_p\) nereden gelecek?

Hangi Fonksiyon Denklemi Dengeleyebilir?

Sol tarafta \(y_p\), \(y_p'\) ve \(y_p''\) toplanıyor.

Toplamın \(4x\) çıkması için \(y_p\) ve türevleri polinom olmalı.

\[ y_p=Ax+B \quad\text{denemesi} \]

Yöntemin Kapsamı

Belirsiz katsayılar iki koşul ister:

  • Katsayılar sabit: \(ay''+by'+cy=g(x)\)
  • \(g(x)\) şu ailelerden: polinom, \(e^{\alpha x}\), \(\cos\beta x\), \(\sin\beta x\) ve çarpımları

Aday Tablosu

\(g(x)\) \(y_p\) adayı
\(P_n(x)\) \(A_nx^n+\cdots+A_1x+A_0\)
\(e^{\alpha x}\) \(Ae^{\alpha x}\)
\(\cos\beta x\) veya \(\sin\beta x\) \(A\cos\beta x+B\sin\beta x\)
\(P_n(x)e^{\alpha x}\) \((A_nx^n+\cdots+A_0)e^{\alpha x}\)
\(e^{\alpha x}\cos\beta x\) \(e^{\alpha x}(A\cos\beta x+B\sin\beta x)\)

Soru: Polinom Sağ Taraf

\[ y''-3y'+2y=4x \]

\[ y_p=Ax+B, \qquad y_p'=A, \qquad y_p''=0 \]

Çözüm: Katsayı Eşleştirme

\[ 0-3A+2(Ax+B)=4x \]

\[ 2A=4,\qquad -3A+2B=0 \]

\[ \boxed{y_p=2x+3} \]

Üstel Sağ Taraf

\[ y''-3y'+2y=6e^{4x} \]

\[ y_p=Ae^{4x} \quad\Longrightarrow\quad (16-12+2)Ae^{4x}=6e^{4x} \]

\[ 6A=6,\qquad \boxed{y_p=e^{4x}} \]

Soru: Trigonometrik Sağ Taraf

\[ y''-3y'+2y=10\sin x \]

Sağ tarafta sinüs var. Aday neden iki terimli?

\[ y_p=A\cos x+B\sin x \]

Çözüm: İki Katsayı, İki Denklem

\[ y_p'=-A\sin x+B\cos x, \qquad y_p''=-A\cos x-B\sin x \]

\[ (A-3B)\cos x+(3A+B)\sin x=10\sin x \]

\[ A-3B=0,\quad 3A+B=10 \;\Longrightarrow\; \boxed{y_p=3\cos x+\sin x} \]

Çakışma: Aday Zaten Homojen Çözümse

\[ y''-3y'+2y=e^{x} \]

\(y_h=c_1e^{x}+c_2e^{2x}\) — aday \(Ae^{x}\) homojen çözüm!

\[ L[Ae^{x}]=0\neq e^{x} \]

Çözüm: \(x\) ile Çarpmak

Aday homojen çözümse \(x\) ile çarpılır:

\[ y_p=Axe^{x} \]

\[ A\bigl[(2+x)-3(1+x)+2x\bigr]e^{x}=-Ae^{x}=e^{x} \]

\[ \boxed{y_p=-xe^{x}} \]

Sağ Taraf Toplamsa

\[ g(x)=g_1(x)+g_2(x) \quad\Longrightarrow\quad y_p=y_{p_1}+y_{p_2} \]

Her parça için ayrı aday, ayrı hesap.

Başlangıç Koşulları En Sonda

\[ y=y_h+y_p=c_1e^{x}+c_2e^{2x}+2x+3 \]

\(y(0)=0\), \(y'(0)=0\) için:

\[ c_1+c_2+3=0,\qquad c_1+2c_2+2=0 \]

\[ \boxed{y=-4e^{x}+e^{2x}+2x+3} \]

Yöntem Nerede Duruyor?

\[ y''+y=\tan x, \qquad y''+y=\ln x, \qquad y''+y=\frac1x \]

Bu sağ taraflar için yazılacak sonlu bir aday kalıbı yok.

Sık Yapılan Hatalar

  1. Homojen çözümü bulmadan aday yazmak
  2. Polinom adayında ara dereceleri atlamak
  3. Sinüs–kosinüs çiftini eksik yazmak
  4. Çakışmada adayın yalnız bir kısmını \(x\) ile çarpmak
  5. Başlangıç koşullarını \(y_h\)’ye uygulamak
  6. \(y_p\)’nin önüne keyfi sabit koymak

Karar Soruları

Hesap yapmadan aday yazın:

  1. \(y''-y=x^2\)
  2. \(y''-y=e^{x}\)
  3. \(y''+9y=\cos3x\)

Sonraki Adım: Tipten Bağımsız Yöntem

Belirsiz katsayılar hızlı ama kapsamı dar.

Sağ taraf \(\tan x\) ya da \(1/x\) ise ne yapılır?

\[ y_h=c_1y_1+c_2y_2 \quad\Longrightarrow\quad y_p=? \]

Kaynak Notu

Ana kaynak: Nagle, Saff ve Snider.