Belirsiz Katsayılar Yöntemi
Diferansiyel Denklemler
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
| \(P_n(x)\) |
\(A_nx^n+\cdots+A_1x+A_0\) |
| \(e^{\alpha x}\) |
\(Ae^{\alpha x}\) |
| \(\cos\beta x\) 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
- Homojen çözümü bulmadan aday yazmak
- Polinom adayında ara dereceleri atlamak
- Sinüs–kosinüs çiftini eksik yazmak
- Çakışmada adayın yalnız bir kısmını \(x\) ile çarpmak
- Başlangıç koşullarını \(y_h\)’ye uygulamak
- \(y_p\)’nin önüne keyfi sabit koymak
Karar Soruları
Hesap yapmadan aday yazın:
- \(y''-y=x^2\)
- \(y''-y=e^{x}\)
- \(y''+9y=\cos3x\)
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.