Question Number 217797 by Tawa11 last updated on 21/Mar/25

$$\mathrm{Solve}: \\ $$$$\:\:\:\:\:\mathrm{5x}^{\mathrm{2}} \:\mathrm{y}''\:\:+\:\:\:\mathrm{x}\left(\mathrm{1}\:\:+\:\:\mathrm{x}\right)\:\mathrm{y}'\:\:−\:\:\mathrm{y}\:\:\:=\:\:\:\mathrm{0} \\ $$
Answered by AntonCWX8 last updated on 22/Mar/25

$${I}.{F},\:\mu\left({x}\right)=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{5}{x}^{\mathrm{2}} }{e}^{\int\frac{{x}\left(\mathrm{1}+{x}\right)}{\mathrm{5}{x}^{\mathrm{2}} }{dx}} =\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{5}{x}^{\mathrm{2}} }{e}^{\int\frac{\mathrm{1}+{x}}{\mathrm{5}{x}}{dx}} =\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{5}{x}^{\mathrm{2}} }{e}^{\frac{{ln}\left({x}\right)}{\mathrm{5}}+\frac{{x}}{\mathrm{5}}} \\ $$$${Multiply}\:{through} \\ $$$${e}^{\frac{{ln}\left({x}\right)+{x}}{\mathrm{5}}} {y}''\:+\:\frac{\left(\mathrm{1}+{x}\right)}{\mathrm{5}{x}}{e}^{\frac{{ln}\left({x}\right)+{x}}{\mathrm{5}}} {y}'\:−\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{5}{x}^{\mathrm{2}} }{e}^{\frac{{ln}\left({x}\right)+{x}}{\mathrm{5}}} {y}=\mathrm{0} \\ $$$${Rewrite}\:{in}\:{Sturm}−{Liouville}\:{Form}\:{gives} \\ $$$$\left({e}^{\frac{{ln}\left({x}\right)+{x}}{\mathrm{5}}} {y}'\right)'\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{5}{x}^{\mathrm{2}} }{e}^{\frac{{ln}\left({x}\right)+{x}}{\mathrm{5}}} {y}=\mathrm{0} \\ $$$${Stuck}\:{here} \\ $$
Answered by vnm last updated on 22/Mar/25

$${let}\:{p}\:{be}\:{any}\:{real}\:{number} \\ $$$${y}={p}\left({x}+\underset{{n}=\mathrm{2}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}−\mathrm{1}} {x}^{{n}} }{\underset{{k}=\mathrm{2}} {\overset{{n}} {\prod}}\left(\mathrm{5}{k}+\mathrm{1}\right)}\right) \\ $$
Commented by Tawa11 last updated on 22/Mar/25

$$\mathrm{Please}\:\mathrm{workings}\:\mathrm{sir}. \\ $$
Answered by vnm last updated on 22/Mar/25

$${y}=\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}{a}_{{n}} {x}^{{n}} \\ $$$${y}'=\underset{{n}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}{a}_{{n}} {nx}^{{n}−\mathrm{1}} =\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}{a}_{{n}+\mathrm{1}} \left({n}+\mathrm{1}\right){x}^{{n}} \\ $$$${y}''=\underset{{n}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}{a}_{{n}+\mathrm{1}} \left({n}+\mathrm{1}\right){nx}^{{n}−\mathrm{1}} =\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}{a}_{{n}+\mathrm{2}} \left({n}+\mathrm{2}\right)\left({n}+\mathrm{1}\right){x}^{{n}} \\ $$$${xy}'=\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}{a}_{{n}+\mathrm{1}} \left({n}+\mathrm{1}\right){x}^{{n}+\mathrm{1}} ={a}_{\mathrm{1}} {x}+\underset{{n}=\mathrm{2}} {\overset{\infty} {\sum}}{a}_{{n}} {nx}^{{n}} \\ $$$${x}^{\mathrm{2}} {y}'=\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}{a}_{{n}+\mathrm{1}} \left({n}+\mathrm{1}\right){x}^{{n}+\mathrm{2}} =\underset{{n}=\mathrm{2}} {\overset{\infty} {\sum}}{a}_{{n}−\mathrm{1}} \left({n}−\mathrm{1}\right){x}^{{n}} \\ $$$$\mathrm{5}{x}^{\mathrm{2}} {y}''=\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\mathrm{5}{a}_{{n}+\mathrm{2}} \left({n}+\mathrm{2}\right)\left({n}+\mathrm{1}\right){x}^{{n}+\mathrm{2}} =\underset{{n}=\mathrm{2}} {\overset{\infty} {\sum}}\mathrm{5}{a}_{{n}} {n}\left({n}−\mathrm{1}\right){x}^{{n}} \\ $$$${a}_{\mathrm{0}} =\mathrm{0} \\ $$$${a}_{\mathrm{1}} {x}={a}_{\mathrm{1}} {x}\:\Rightarrow\:{a}_{\mathrm{1}} ={p},\:{p}\:{is}\:{any}\:{real}\:{number} \\ $$$${a}_{{n}} {n}+{a}_{{n}−\mathrm{1}} \left({n}−\mathrm{1}\right)+\mathrm{5}{a}_{{n}} {n}\left({n}−\mathrm{1}\right)−{a}_{{n}} =\mathrm{0} \\ $$$${a}_{{n}} \left({n}−\mathrm{1}\right)+{a}_{{n}−\mathrm{1}} \left({n}−\mathrm{1}\right)+\mathrm{5}{a}_{{n}} {n}\left({n}−\mathrm{1}\right)=\mathrm{0} \\ $$$${a}_{{n}} +{a}_{{n}−\mathrm{1}} +\mathrm{5}{a}_{{n}} {n}=\mathrm{0} \\ $$$${a}_{{n}} =−\frac{{a}_{{n}−\mathrm{1}} }{\mathrm{5}{n}+\mathrm{1}} \\ $$$${a}_{\mathrm{1}} ={p} \\ $$$${a}_{\mathrm{2}} =−\frac{{a}_{\mathrm{1}} }{\mathrm{5}\centerdot\mathrm{2}+\mathrm{1}}=−\frac{{p}}{\mathrm{11}} \\ $$$${a}_{\mathrm{3}} =−\frac{{a}_{\mathrm{2}} }{\mathrm{5}\centerdot\mathrm{3}+\mathrm{1}}=\frac{{p}}{\mathrm{11}\centerdot\mathrm{16}} \\ $$$${and}\:{so}\:{on} \\ $$
Commented by Tawa11 last updated on 23/Mar/25

$$\mathrm{Thanks}\:\mathrm{sir}. \\ $$