EEF 210E DIFFERENTIAL EQUATIONS
PROBLEM SET 5
1. Solve the differential equation 𝒚′′′ − 𝟐𝒚′′ − 𝒚′ + 𝟐𝒚 = 𝟎 via Laplace transform where 𝒚(𝟎) = 𝟎, 𝒚′ (𝟎) = 𝟏,
and 𝒚′′ (𝟎) = 𝟎.
𝕃{𝑦 ′′′ − 2𝑦 ′′ − 𝑦 ′ + 2𝑦}(𝑠) = 0
(𝑠 3 𝑌(𝑠) − 𝑠 2 𝑦(0) − 𝑠𝑦 ′ (0) − 𝑦′′(0)) − 2(𝑠 2 𝑌(𝑠) − 𝑠𝑦(0) − 𝑦 ′ (0)) − (𝑠𝑌(𝑠) − 𝑦(0)) + (2𝑌(𝑠)) = 0
⇒ (𝑠 3 − 2𝑠 2 − 𝑠 + 2)𝑌(𝑠) − (𝑠 2 − 2𝑠 − 1)𝑦(0) − (𝑠 − 2)𝑦 ′ (0) − (1)𝑦 ′′ (0) = 0
⇒ (𝑠 3 − 2𝑠 2 − 𝑠 + 2)𝑌(𝑠) − (𝑠 2 − 2𝑠 − 1) ⋅ 0 − (𝑠 − 2) ⋅ 1 − (1) ⋅ 0 = 0
⇒ (𝑠 3 − 2𝑠 2 − 𝑠 + 2)𝑌(𝑠) − (𝑠 − 2) = 0
⇒ (𝑠 3 − 2𝑠 2 − 𝑠 + 2)𝑌(𝑠) = (𝑠 − 2)
                 (𝑠 − 2)
⇒ 𝑌(𝑠) =
           (𝑠 3 − 2𝑠 2 − 𝑠 + 2)
                   𝑠−2
⇒ 𝑌(𝑠) =
           (𝑠 + 1)(𝑠 − 1)(𝑠 − 2)
                 1
⇒ 𝑌(𝑠) =
           (𝑠 + 1)(𝑠 − 1)
          𝟏  𝟏   𝟏
⇒ 𝒀(𝒔) = − (   −    )
          𝟐 𝒔+𝟏 𝒔−𝟏
                 1       1   1
𝕃−1 {𝑌(𝑠)}(𝑡) = − 𝕃−1 {    −   } (𝑡)
                 2      𝑠+1 𝑠−1
                     1 −1 1          1       1
⇒ 𝕃−1 {𝑌(𝑠)}(𝑡) =      𝕃 {    } (𝑡) + 𝕃−1 {     } (𝑡)
                     2     𝑠+1       2      𝑠−1
        𝟏     𝟏
𝒚(𝒕) = − 𝒆−𝒕 + 𝒆𝒕 = 𝐬𝐢𝐧𝐡(𝒕)
        𝟐     𝟐
                                         𝟑
2. Solve the differential equation 𝒚′′ + 𝟐 𝒚′ − 𝒚 = 𝒕𝒆−𝟐𝒕 via Laplace transform where 𝒚(𝟎) = 𝟎 and 𝒚′ (𝟎) = −𝟐.
         3
𝕃 [𝑦 ′′ + 𝑦 ′ − 𝑦] (𝑠) = 𝕃[𝑡𝑒 −2𝑡 ](𝑠)
         2
                3
⇒ 𝕃[𝑦 ′′ ](𝑠) + 𝕃[𝑦 ′ ](𝑠) − 𝕃[𝑦](𝑠) = 𝕃[𝑡𝑒 −2𝑡 ](𝑠)
                2
                               3                              1
⇒ 𝑠 2 𝑌(𝑠) − 𝑠𝑦(0) − 𝑦 ′ (0) + (𝑠𝑌(𝑠) − 𝑦(0)) − 𝑌(𝑠) =
                               2                           (𝑠 + 2)2
          3                               3          1
⇒ (𝑠 2 + 𝑠 − 1) 𝑌(𝑠) − 𝑠 ⋅ 0 − (−2) + ⋅ 0 =
          2                               2       (𝑠 + 2)2
                                     1
⇒ (𝑠 − 0.5)(𝑠 + 2)𝑌(𝑠) + 2 =
                                 (𝑠 + 2)2
                    1                   2             1 − 2(𝑠 + 2)2   −2𝑠 2 − 8𝑠 − 7
⇒ 𝑌(𝑠) =                      −                   =                 =
            (𝑠 − 0.5)(𝑠 + 2)3 (𝑠 − 0.5)(𝑠 + 2) (𝑠 − 0.5)(𝑠 + 2)3 (𝑠 − 0.5)(𝑠 + 2)3
            𝐴      𝐵      𝐶        𝐷      −2𝑠 2 − 8𝑠 − 7
⇒ 𝑌(𝑠) =        +     +        +        =
         𝑠 − 0.5 𝑠 + 2 (𝑠 + 2)2 (𝑠 + 2)3 (𝑠 − 0.5)(𝑠 + 2)3
               𝐴(𝑠 + 2)3       𝐵(𝑠 − 0.5)(𝑠 + 2)2 𝐶(𝑠 − 0.5)(𝑠 + 2)      𝐷(𝑠 − 0.5)      −2𝑠 2 − 8𝑠 − 7
⇒ 𝑌(𝑠) =                     +                    +                  +                 =
           (𝑠 − 0.5)(𝑠 + 2)3    (𝑠 − 0.5)(𝑠 + 2)3   (𝑠 − 0.5)(𝑠 + 2)3 (𝑠 − 0.5)(𝑠 + 2)3 (𝑠 − 0.5)(𝑠 + 2)3
                    7                         3                         1
⇒ (𝐴 + 𝐵)𝑠 3 + (6𝐴 + 𝐵 + 𝐶) 𝑠 2 + (12𝐴 + 2𝐵 + 𝐶 + 𝐷) 𝑠 + (8𝐴 − 2𝐵 − 𝐶 − 𝐷) = −2𝑠 2 − 8𝑠 − 7
                    2                         2                         2
⇒ 𝐴 + 𝐵 = 0 ⇒ 𝑩 = −𝑨
       7                    7                 5                       𝟓
⇒ 6𝐴 + 𝐵 + 𝐶 = −2 ⇒ 6𝐴 − 𝐴 + 𝐶 = −2 ⇒ 𝐴 + 𝐶 = −2 ⇒ 𝑪 = −𝟐 − 𝑨
       2                    2                 2                       𝟐
               3                            15             25                       𝟐𝟓
⇒ 12𝐴 + 2𝐵 + 𝐶 + 𝐷 = −8 ⇒ 12𝐴 − 2𝐴 − 3 − 𝐴 + 𝐷 = −8 ⇒         𝐴 + 𝐷 = −5 ⇒ 𝑫 = −𝟓 −     𝑨
               2                            4               4                        𝟒
                 1                         5    5 25             125      23           𝟗𝟐
⇒ 8𝐴 − 2𝐵 − 𝐶 − 𝐷 = −7 ⇒ 8𝐴 + 2𝐴 + 2 + 𝐴 + +          𝐴 = −7 ⇒       𝐴=−     ⇒ 𝑨=−
                 2                         2    2 8               8        2           𝟏𝟐𝟓
         𝟗𝟐           𝟗𝟐              𝟒          𝟐
⇒ 𝑨=−        ,    𝑩=      ,    𝑪=−      ,    𝑫=−
        𝟏𝟐𝟓           𝟏𝟐𝟓            𝟐𝟓          𝟓
                 𝟗𝟐           𝟗𝟐          𝟒             𝟐
⇒ 𝒀(𝒔) = −                +          −          𝟐
                                                  −
             𝟏𝟐𝟓(𝒔 − 𝟎. 𝟓) 𝟏𝟐𝟓(𝒔 + 𝟐) 𝟐𝟓(𝒔 + 𝟐)     𝟓(𝒔 + 𝟐)𝟑
                             92 −1     1            92 −1 1           4         1             2        2
⇒ 𝑦(𝑡) = 𝕃−1 [𝑌(𝑠)](𝑡) = −       𝕃 [        ] (𝑡) +     𝕃 [    ] (𝑡) − 𝕃−1 [         2
                                                                                       ] (𝑡) − 𝕃−1 [         ] (𝑡)
                             125    𝑠 − 0.5         125    𝑠+2        25     (𝑠 + 2)          5     (𝑠 + 2)3
             𝟗𝟐 𝟏𝒕    𝟗𝟐 −𝟐𝒕    𝟒 −𝟐𝒕 𝟐 𝟐 −𝟐𝒕
⇒ 𝒚(𝒕) = −       𝒆𝟐 +     𝒆  −    𝒕𝒆 − 𝒕 𝒆
             𝟏𝟐𝟓      𝟏𝟐𝟓      𝟐𝟓     𝟓
3. Solve the differential equation 𝒚′′ − 𝒚′ = 𝐜𝐨𝐬(𝟐𝒕) + 𝐜𝐨𝐬(𝟐𝒕 − 𝟔𝝅) 𝒖(𝒕 − 𝟑𝝅) via Laplace transform where
𝒚(𝟎) = −𝟒 and 𝒚′ (𝟎) = 𝟎.
First, the given equation can be rewritten as follows.
𝑦 ′′ − 𝑦 ′ = cos(2𝑡) + cos(2(𝑡 − 3𝜋)) 𝑢(𝑡 − 3𝜋)
Then, the Laplace transform of the equation can be found below.
𝕃{𝑦 ′′ − 𝑦 ′ }(𝑠) = 𝕃{cos(2𝑡) + cos(2(𝑡 − 3𝜋)) 𝑢(𝑡 − 3𝜋)}(𝑠)
⇒ 𝕃{𝑦 ′′ − 𝑦 ′ }(𝑠) = 𝕃{cos(2𝑡)}(𝑠) + 𝕃{cos(2(𝑡 − 3𝜋)) 𝑢(𝑡 − 3𝜋)}(𝑠)
                                                           𝑠     𝑒 −3𝜋𝑠 𝑠
⇒ (𝑠 2 𝑌(𝑠) − 𝑠𝑦(0) − 𝑦 ′ (0)) − (𝑠𝑌(𝑠) − 𝑦(0)) =              +
                                                       𝑠 2 + 22 𝑠 2 + 22
                                                   𝑠    𝑒 −3𝜋𝑠 𝑠
⇒ 𝑠 2 𝑌(𝑠) − 𝑠(−4) − 0 − 𝑠𝑌(𝑠) + (−4) =               +
                                                𝑠2 + 4 𝑠2 + 4
                          𝑠    𝑒 −3𝜋𝑠 𝑠                           𝑠 + 𝑒 −3𝜋𝑠 𝑠
⇒ (𝑠 2 − 𝑠)𝑌(𝑠) =            +          − 4𝑠 + 4 ⇒ 𝑠(𝑠 − 1)𝑌(𝑠) =              − 4(𝑠 − 1)
                       𝑠2 + 4 𝑠2 + 4                                𝑠2 + 4
             (1 + 𝑒 −3𝜋𝑠 )𝑠   4(𝑠 − 1)             𝟏 + 𝒆−𝟑𝝅𝒔    𝟒
⇒ 𝑌(𝑠) =              2
                            −          ⇒ 𝒀(𝒔) =          𝟐
                                                              −
           𝑠(𝑠 − 1)(𝑠 + 4) 𝑠(𝑠 − 1)             (𝒔 − 𝟏)(𝒔 + 𝟒) 𝒔
The partial fractions for 𝑌(𝑠) can be obtained as follows.
                               1           1
𝑌(𝑠) = (1 + 𝑒 −3𝜋𝑠 )             2
                                       −4⋅
                        (𝑠 − 1)(𝑠 + 4)     𝑠
                             1    1   𝑠+1      1
⇒ 𝑌(𝑠) = (1 + 𝑒 −3𝜋𝑠 ) ⋅       ⋅(   − 2   )−4⋅
                             5 𝑠−1 𝑠 +4        𝑠
             𝟏         𝟏        𝒔     𝟐    𝒆−𝟑𝝅𝒔         𝟏        𝒔     𝟐      𝟏
⇒ 𝒀(𝒔) =       ⋅ (𝟐 ⋅     −𝟐⋅ 𝟐   − 𝟐   )+       ⋅ (𝟐 ⋅     −𝟐⋅ 𝟐   − 𝟐   )−𝟒⋅
            𝟏𝟎        𝒔−𝟏    𝒔 +𝟒 𝒔 +𝟒      𝟏𝟎          𝒔−𝟏    𝒔 +𝟒 𝒔 +𝟒       𝒔
Finally, 𝑦(𝑡) is obtained by inverse Laplace transform of 𝑌(𝑠).
                   1 −1      1        𝑠     2            1 −1 −3𝜋𝑠       1        𝑠     2                  1
𝕃−1 {𝑌(𝑠)}(𝑠) =      𝕃 {2 ⋅     −2⋅ 2   −       } (𝑠) +    𝕃 {𝑒    (2 ⋅     −2⋅ 2   −       )} (𝑠) − 4𝕃−1 { } (𝑠)
                  10        𝑠−1    𝑠 + 4 𝑠2 + 4         10              𝑠−1    𝑠 + 4 𝑠2 + 4                𝑠
        𝟏    𝟏           𝟏                      𝟏       𝟏                𝟏
𝒚(𝒕) = ( 𝒆𝒕 − 𝐜𝐨𝐬(𝟐𝒕) −    𝐬𝐢𝐧(𝟐𝒕) − 𝟒) 𝒖(𝒕) + ( 𝒆𝒕−𝟑𝝅 − 𝐜𝐨𝐬(𝟐𝒕 − 𝟔𝝅) −    𝐬𝐢𝐧(𝟐𝒕 − 𝟔𝝅)) 𝒖(𝒕 − 𝟑𝝅)
        𝟓    𝟓          𝟏𝟎                      𝟓       𝟓               𝟏𝟎
4. Solve the differential equation 𝒚′′ + 𝟑𝒚′ + 𝟐𝒚 = 𝒈(𝒕) where 𝒚(𝟎) = 𝟎, 𝒚′ (𝟎) = −𝟐 and 𝒈(𝒕) given below.
                                                        𝟐,        𝟎<𝒕<𝟔
                                                𝒈(𝒕) = {𝒕,        𝟔 ≤ 𝒕 < 𝟏𝟎
                                                        𝟒,        𝒕 ≥ 𝟏𝟎
First, 𝑔(𝑡) can be expressed in terms of unit step functions as follows.
𝑔(𝑡) = 2 + (−2 + 𝑡)𝑢(𝑡 − 6) + (−𝑡 + 4)𝑢(𝑡 − 10)
⇒ 𝑔(𝑡) = 2𝑢(𝑡) + (𝑡 − 2)𝑢(𝑡 − 6) + (4 − 𝑡)𝑢(𝑡 − 10)
⇒ 𝑔(𝑡) = 2𝑢(𝑡) + (𝑡 − 6 + 4)𝑢(𝑡 − 6) + (−(𝑡 − 10) − 6)𝑢(𝑡 − 10)
⇒ 𝑔(𝑡) = 2𝑢(𝑡) + (𝑡 − 6)𝑢(𝑡 − 6) + 4𝑢(𝑡 − 6) − (𝑡 − 10)𝑢(𝑡 − 10) − 6𝑢(𝑡 − 10)
The given equation 𝑦 ′′ + 3𝑦 ′ + 2𝑦 = 𝑔(𝑡) can be represented as below.
𝑦 ′′ + 3𝑦 ′ + 2𝑦 = 2𝑢(𝑡) + (𝑡 − 6)𝑢(𝑡 − 6) + 4𝑢(𝑡 − 6) − (𝑡 − 10)𝑢(𝑡 − 10) − 6𝑢(𝑡 − 10)
Then, the Laplace transform of the equation is found as follows.
𝕃{𝑦 ′′ + 3𝑦 ′ + 2𝑦}(𝑠) = 𝕃{2𝑢(𝑡) + (𝑡 − 6)𝑢(𝑡 − 6) + 4𝑢(𝑡 − 6) − (𝑡 − 10)𝑢(𝑡 − 10) − 6𝑢(𝑡 − 10)}(𝑠)
⇒ 𝕃{𝑦 ′′ + 3𝑦 ′ + 2𝑦}(𝑠) = 𝕃{2𝑢(𝑡)}(𝑠) + 𝕃{(𝑡 − 6)𝑢(𝑡 − 6)}(𝑠) + 𝕃{4𝑢(𝑡 − 6)}(𝑠) − 𝕃{(𝑡 − 10)𝑢(𝑡 − 10)}(𝑠) − 𝕃{6𝑢(𝑡 − 10)}(𝑠)
                                                                          2 𝑒 −6𝑠 4𝑒 −6𝑠 𝑒 −10𝑠 6𝑒 −10𝑠
⇒ (𝑠 2 𝑌(𝑠) − 𝑠𝑦(0) − 𝑦′(0)) + 3(𝑠𝑌(𝑠) − 𝑦(0)) + 2(𝑌(𝑠)) =                  + 2 +       − 2 −
                                                                          𝑠   𝑠     𝑠      𝑠       𝑠
                                                               2 𝑒 −6𝑠 4𝑒 −6𝑠 𝑒 −10𝑠 6𝑒 −10𝑠
⇒ 𝑠 2 𝑌(𝑠) − 𝑠 ⋅ 0 − (−2) + 3(𝑠𝑌(𝑠) − 0) + 2𝑌(𝑠) =               + 2 +       − 2 −
                                                               𝑠   𝑠     𝑠      𝑠       𝑠
                             2 + 4𝑒 −6𝑠 − 6𝑒 −10𝑠 𝑒 −6𝑠 − 𝑒 −10𝑠
⇒ (𝑠 2 + 3𝑠 + 2)𝑌(𝑠) =                           +               −2
                                      𝑠                 𝑠2
                              2 + 4𝑒 −6𝑠 − 6𝑒 −10𝑠 𝑒 −6𝑠 − 𝑒 −10𝑠
⇒ (𝑠 + 1)(𝑠 + 2)𝑌(𝑠) =                            +               −2
                                       𝑠                 𝑠2
             𝟐 + 𝟒𝒆−𝟔𝒔 − 𝟔𝒆−𝟏𝟎𝒔    𝒆−𝟔𝒔 − 𝒆−𝟏𝟎𝒔         𝟐
⇒ 𝒀(𝒔) =                        + 𝟐              −
               𝒔(𝒔 + 𝟏)(𝒔 + 𝟐)   𝒔 (𝒔 + 𝟏)(𝒔 + 𝟐) (𝒔 + 𝟏)(𝒔 + 𝟐)
The partial fractions for 𝑌(𝑠) can be obtained as follows.
                                           1                                   1                  1
⇒ 𝑌(𝑠) = (2 + 4𝑒 −6𝑠 − 6𝑒 −10𝑠 )                     + (𝑒 −6𝑠 − 𝑒 −10𝑠 ) 2               −2
                                   𝑠(𝑠 + 1)(𝑠 + 2)                      𝑠 (𝑠 + 1)(𝑠 + 2)    (𝑠 + 1)(𝑠 + 2)
⇒ 𝑌(𝑠) = (2 + 4𝑒 −6𝑠 − 6𝑒 −10𝑠 )𝑭𝟏 (𝒔) + (𝑒 −6𝑠 − 𝑒 −10𝑠 )𝑭𝟐 (𝒔) − 2𝑭𝟑 (𝒔)
⇒ 𝒀(𝒔) = 2𝑭𝟏 (𝒔) + 𝑒 −6𝑠 (4𝑭𝟏 (𝒔) + 𝑭𝟐 (𝒔)) − 𝑒 −10𝑠 (6𝑭𝟏 (𝒔) + 𝑭𝟐 (𝒔)) − 2𝑭𝟑 (𝒔)
𝐹1 (𝑠), 𝐹2 (𝑠) and 𝐹3 (𝑠) are obtained below separately.
           𝐴1     𝐵1       𝐶1             1                  𝟏 𝟏  𝟏  𝟏  𝟏
𝐹1 (𝑠) =      +        +        =                  ⇒ 𝑭𝟏 (𝒔) = ⋅ −   + ⋅
            𝑠 𝑠 + 1 𝑠 + 2 𝑠(𝑠 + 1)(𝑠 + 2)                    𝟐 𝒔 𝒔+𝟏 𝟐 𝒔+𝟐
           𝐴2 𝐵2    𝐶2   𝐷2          1                     𝟑 𝟏 𝟏 𝟏     𝟏  𝟏  𝟏
𝐹2 (𝑠) =     + 2+      +     = 2               ⇒ 𝑭𝟐 (𝒔) = − ⋅ + ⋅ 𝟐 +    − ⋅
           𝑠  𝑠   𝑠 + 1 𝑠 + 2 𝑠 (𝑠 + 1)(𝑠 + 2)             𝟒 𝒔 𝟐 𝒔    𝒔+𝟏 𝟒 𝒔+𝟐
            𝐴3    𝐵3         1                    𝟏   𝟏
𝐹3 (𝑠) =        +     =               ⇒ 𝑭𝟑 (𝒔) =    −
           𝑠 + 1 𝑠 + 2 (𝑠 + 1)(𝑠 + 2)            𝒔+𝟏 𝒔+𝟐
Decomposed 𝐹1 (𝑠), 𝐹2 (𝑠) and 𝐹3 (𝑠) terms can be plugged in 𝑌(𝑠) equation.
𝑌(𝑠) = 2𝐹1 (𝑠) + 𝑒 −6𝑠 (4𝐹1 (𝑠) + 𝐹2 (𝑠)) − 𝑒 −10𝑠 (6𝐹1 (𝑠) + 𝐹2 (𝑠)) − 2𝐹3 (𝑠)
        1        1        1
⇒ 𝑌(𝑠) =  −2⋅        +
        𝑠      𝑠+1 𝑠+2
                       1        1         1         3 1 1 1     1     1  1
           +𝑒 −6𝑠 [(2 ⋅ + 4 ⋅      +2⋅       ) + (− ⋅ + ⋅ 2 +       − ⋅     )]
                       𝑠      𝑠+1       𝑠+2         4 𝑠 2 𝑠   𝑠+1 4 𝑠+2
                        1        1         1         3 1 1 1     1     1  1
           −𝑒 −10𝑠 [(3 ⋅ + 6 ⋅     +3⋅        ) + (− ⋅ + ⋅ 2 +       − ⋅     )]
                        𝑠      𝑠+1       𝑠+2         4 𝑠 2 𝑠   𝑠+1 4 𝑠+2
                  1          1
           −2 ⋅       +2⋅
                𝑠+1         𝑠+2
        𝟏        𝟏           𝟏          𝟓 𝟏 𝟏 𝟏           𝟏  𝟕    𝟏
⇒ 𝒀(𝒔) = − 𝟒 ⋅        +𝟑⋅       + 𝒆−𝟔𝒔 [ ⋅ + ⋅ 𝟐 + 𝟓 ⋅      + ⋅      ]
        𝒔      𝒔+𝟏          𝒔+𝟐         𝟒 𝒔 𝟐 𝒔          𝒔+𝟏 𝟒 𝒔+𝟐
                     𝟗 𝟏 𝟏 𝟏            𝟏     𝟏𝟏    𝟏
           − 𝒆−𝟏𝟎𝒔 [ ⋅ + ⋅ 𝟐 + 𝟕 ⋅          +    ⋅     ]
                     𝟒 𝒔 𝟐 𝒔          𝒔+𝟏 𝟒 𝒔+𝟐
Finally, 𝑦(𝑡) is obtained by inverse Laplace transform of 𝑌(𝑠).
                  1       1         1                       5 1 1 1           1     7     1
𝕃−1 {𝑌(𝑠)} = 𝕃−1 { − 4 ⋅      +3⋅      } (𝑠) + 𝕃−1 {𝑒 −6𝑠 [ ⋅ + ⋅ 2 + 5 ⋅         + ⋅       ]} (𝑠)
                  𝑠      𝑠+1       𝑠+2                      4 𝑠 2 𝑠         𝑠+1 4 𝑠+2
                                                9 1 1 1              1   11     1
                                  −𝕃−1 {𝑒 −10𝑠 [ ⋅ + ⋅ 2 + 7 ⋅         +    ⋅      ]} (𝑠)
                                                4 𝑠 2 𝑠            𝑠+1 4 𝑠+2
                                  𝟓 𝟏                         𝟕
𝒚(𝒕) = [𝟏 − 𝟒𝒆−𝒕 + 𝟑𝒆−𝟐𝒕 ]𝒖(𝒕) + [ + (𝒕 − 𝟔) + 𝟓𝒆−(𝒕−𝟔) + 𝒆−𝟐(𝒕−𝟔) ] 𝒖(𝒕 − 𝟔)
                                  𝟒 𝟐                         𝟒
                 𝟗 𝟏                         𝟏𝟏
              + [ + (𝒕 − 𝟏𝟎) + 𝟕𝒆−(𝒕−𝟏𝟎) +       𝒆−𝟐(𝒕−𝟏𝟎) ] 𝒖(𝒕 − 𝟏𝟎)
                 𝟒 𝟐                          𝟒