質問<522>2001/6/22
from=kokomo
「高次導関数の問題」


f(x)は0でないxの整式で、次の関係をみたしているものとする。
(x - 1)f''(x) + (2x - 3)f'(x) - 8f(x) = 0

f(x)の次数を求め、f(2) = 8 のとき、f(x) をもとめよ。
なお、f'(x)はf(x)の第一次導関数(一回微分)、
f''(x)はf(x)の第二次導関数(二回微分)です。 


お返事2001/6/23
from=武田


どうも線形2階微分方程式は、私には難しいのか解けない。
質問<181>も未解決のままである。
この質問<522>も未解決問題に移しますので、
どなたかアドバイスを下さい。
kyukusuさんからアドバイスを頂きました。
感謝!!


お便り2001/6/26
from=kyukusu


f(x)の最高次の項をax^nとする
f'(x)ではnax^(n-1)で与式の最高次の係数に着目して
(2x-3)f'(x)-8f(x)=0より
2na-8a=0
a=0でないからn=4
よってf(x)=ax^4+bx^3+cx^2+dx+eとおき,与式に代入して
未定係数法にて解くって言うのはいかがでしょうか?


お返事2001/6/27
from=武田


kyukusuさんに感謝します。やってみたら出来たので、なるほどこうやる
のかと感心しています。

a≠0として、f(x)をn次式とします。
f(x)=axn +bxn-1+……
f′(x)=naxn-1+(n-1)bxn-2+……
f″(x)=n(n-1)axn-2+(n-1)(n-2)bxn-3+……
(x-1)f″(x)+(2x-3)f′(x)-8f(x)=0より、
n(n-1)axn-1+……+2naxn +……-8axn +……=0
(2na-8a)xn +……=0
x≠0より、
(2na-8a)=0
a≠0より、
∴n=4

したがって、f(x)は4次式だから、
f(x)=ax4 +bx3 +cx2 +dx+eとおくと、
f(2)=8より、
16a+8b+4c+2d+e=8……①
f′(x)=4ax3 +3bx2 +2cx+d
f″(x)=12ax2 +6bx+2c
(x-1)f″(x)+(2x-3)f′(x)-8f(x)=0より、
-2bx3 -(12a+3b+4c)x2 -(6b+4c+6d)x-(2c+3d+8e)=0
x≠0より、
-2b=0      ……②
12a+3b+4c=0……③
6b+4c+6d=0 ……④
2c+3d+8e=0 ……⑤

②より、b=0
③より、c=-3a
       2
④より、d=-─c=2a
       3
⑤より、2c-2c+8e=0
    e=0
①に上の結果を代入して、
16a-12a+4a=8
    a=1
したがって、
    a=1
    b=0
    c=-3
    d=2
    e=0

したがって、
f(x)=x4 -3x2 +2x ……(答)