Complex Variables and Partial Differential Equations (3130005)

BE | Semester-3   Winter-2019 | 26-11-2019

Q4) (c) 

Find the general solution of partial differential equation uxx = 9uy using method of separation of variables.

→ Let, ux,y = Xx · Yy = X · Y
 
⇒∂2u∂x2 = uxx = X'' · Y  &  ∂u∂y = uy = X · Y'
 
→ Now, uxx = 9uy
 
⇒ X'' · Y = 9X · Y'
 
→ Dividing by X · Y both the sides,
 
⇒ X'' · Y X · Y = 9 X · Y' X · Y
 
⇒  X'' X = 9  Y' Y = K  Consider, K>0
 
⇒  X'' X = K  &   9  Y' Y = K 
 
∎   X'' X = K
 
⇒X'' - KX = 0 
 
→ Auxiliary equation is m2 - K = 0 ⇒ m = ± K
 
⇒ X = c1 eK +  c2 e-K
 
∎   Y' Y = K
 
⇒  1 YdYdy =  K 9
 
⇒  1 YdY =  K 9 dy
 
⇒ ∫ 1 YdY = ∫ K 9 dy ⇒ log Y =  Ky 9 + C ⇒Y = e Ky 9 + C ⇒Y = c3 e Ky 9
 
Solution: 
 
ux,y = X · Y =  c1 eK +  c2 e-K  c3 e Ky 9