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<!-- Created by Wolfram Mathematica 5.2 -->

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<head>
 <title>
  Lecture 22 MIT 3.016 (Fall 2005)&nbsp;&nbsp;&nbsp;&copy; W. Craig Carter 2003-2005
 </title>
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</head>

<body style="font-family: Helvetica;background-color: #FFFB6A;">

<p class="Title">
 Differential Operators and Harmonic Oscillators
</p>



<p class="Subtitle">
 Operator Calculus to Solve Heterogeneous Second-Order Linear ODEs
</p>



<p class="Text">
 <a id="mmtag_22_implementing_rules_for_linear_operators"></a>
 Does <span style='font-style: italic;'>Mathematica</span>&nbsp;&nbsp;apply the Fourier Transform/Derivative Rule Automagically?
</p>



<p class="Input">
 <a id="mmtag_22_FourierTransformxx__of_derivatives"></a>
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mi>FourierTransform</mi>
  <mo>[</mo>
  <mrow>
   <mrow>
    <mi>D</mi>
    <mo>[</mo>
    <mrow>
     <mrow>
      <mi>f</mi>
      <mo>[</mo>
      <mi>x</mi>
      <mo>]</mo>
     </mrow>
     <mo>,</mo>
     <mrow>
      <mo>{</mo>
      <mrow>
       <mi>x</mi>
       <mo>,</mo>
       <mn>1</mn>
      </mrow>
      <mo>}</mo>
     </mrow>
    </mrow>
    <mo>]</mo>
   </mrow>
   <mo>,</mo>
   <mi>x</mi>
   <mo>,</mo>
   <mi>k</mi>
  </mrow>
  <mo>]</mo>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Output">
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mrow>
   <mo>-</mo>
   <mi>&ImaginaryI;</mi>
  </mrow>
  <mo>&InvisibleTimes;</mo>
  <mi>k</mi>
  <mo>&InvisibleTimes;</mo>
  <mrow>
   <mi>FourierTransform</mi>
   <mo>[</mo>
   <mrow>
    <mrow>
     <mi>f</mi>
     <mo>[</mo>
     <mi>x</mi>
     <mo>]</mo>
    </mrow>
    <mo>,</mo>
    <mi>x</mi>
    <mo>,</mo>
    <mi>k</mi>
   </mrow>
   <mo>]</mo>
  </mrow>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Text">
 It does as of version 5.0! .
</p>



<p class="Input">
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mrow>
   <mi>Table</mi>
   <mo>[</mo>
   <mrow>
    <mrow>
     <mi>FourierTransform</mi>
     <mo>[</mo>
     <mrow>
      <mrow>
       <mi>D</mi>
       <mo>[</mo>
       <mrow>
        <mrow>
         <mi>f</mi>
         <mo>[</mo>
         <mi>x</mi>
         <mo>]</mo>
        </mrow>
        <mo>,</mo>
        <mrow>
         <mo>{</mo>
         <mrow>
          <mi>x</mi>
          <mo>,</mo>
          <mi>i</mi>
         </mrow>
         <mo>}</mo>
        </mrow>
       </mrow>
       <mo>]</mo>
      </mrow>
      <mo>,</mo>
      <mi>x</mi>
      <mo>,</mo>
      <mi>k</mi>
     </mrow>
     <mo>]</mo>
    </mrow>
    <mo>,</mo>
    <mrow>
     <mo>{</mo>
     <mrow>
      <mi>i</mi>
      <mo>,</mo>
      <mn>24</mn>
     </mrow>
     <mo>}</mo>
    </mrow>
   </mrow>
   <mo>]</mo>
  </mrow>
  <mo>//</mo>
  <mi>MatrixForm</mi>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Output">
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mo>(</mo>
  <mtext>&#8288;</mtext>
  <mtable rowspacing='1ex'
      columnalign='left'>
   <mtr>
    <mtd>
     <mrow>
      <mrow>
       <mo>-</mo>
       <mi>&ImaginaryI;</mi>
      </mrow>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <mi>k</mi>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <mrow>
       <mi>FourierTransform</mi>
       <mo>[</mo>
       <mrow>
        <mrow>
         <mi>f</mi>
         <mo>[</mo>
         <mi>x</mi>
         <mo>]</mo>
        </mrow>
        <mo>,</mo>
        <mi>x</mi>
        <mo>,</mo>
        <mi>k</mi>
       </mrow>
       <mo>]</mo>
      </mrow>
     </mrow>
    </mtd>
   </mtr>
   <mtr>
    <mtd>
     <mrow>
      <mrow>
       <mo>-</mo>
       <msup>
        <mi>k</mi>
        <mn>2</mn>
       </msup>
      </mrow>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <mrow>
       <mi>FourierTransform</mi>
       <mo>[</mo>
       <mrow>
        <mrow>
         <mi>f</mi>
         <mo>[</mo>
         <mi>x</mi>
         <mo>]</mo>
        </mrow>
        <mo>,</mo>
        <mi>x</mi>
        <mo>,</mo>
        <mi>k</mi>
       </mrow>
       <mo>]</mo>
      </mrow>
     </mrow>
    </mtd>
   </mtr>
   <mtr>
    <mtd>
     <mrow>
      <mi>&ImaginaryI;</mi>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <msup>
       <mi>k</mi>
       <mn>3</mn>
      </msup>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <mrow>
       <mi>FourierTransform</mi>
       <mo>[</mo>
       <mrow>
        <mrow>
         <mi>f</mi>
         <mo>[</mo>
         <mi>x</mi>
         <mo>]</mo>
        </mrow>
        <mo>,</mo>
        <mi>x</mi>
        <mo>,</mo>
        <mi>k</mi>
       </mrow>
       <mo>]</mo>
      </mrow>
     </mrow>
    </mtd>
   </mtr>
   <mtr>
    <mtd>
     <mrow>
      <msup>
       <mi>k</mi>
       <mn>4</mn>
      </msup>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <mrow>
       <mi>FourierTransform</mi>
       <mo>[</mo>
       <mrow>
        <mrow>
         <mi>f</mi>
         <mo>[</mo>
         <mi>x</mi>
         <mo>]</mo>
        </mrow>
        <mo>,</mo>
        <mi>x</mi>
        <mo>,</mo>
        <mi>k</mi>
       </mrow>
       <mo>]</mo>
      </mrow>
     </mrow>
    </mtd>
   </mtr>
   <mtr>
    <mtd>
     <mrow>
      <mrow>
       <mo>-</mo>
       <mi>&ImaginaryI;</mi>
      </mrow>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <msup>
       <mi>k</mi>
       <mn>5</mn>
      </msup>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <mrow>
       <mi>FourierTransform</mi>
       <mo>[</mo>
       <mrow>
        <mrow>
         <mi>f</mi>
         <mo>[</mo>
         <mi>x</mi>
         <mo>]</mo>
        </mrow>
        <mo>,</mo>
        <mi>x</mi>
        <mo>,</mo>
        <mi>k</mi>
       </mrow>
       <mo>]</mo>
      </mrow>
     </mrow>
    </mtd>
   </mtr>
   <mtr>
    <mtd>
     <mrow>
      <mrow>
       <mo>-</mo>
       <msup>
        <mi>k</mi>
        <mn>6</mn>
       </msup>
      </mrow>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <mrow>
       <mi>FourierTransform</mi>
       <mo>[</mo>
       <mrow>
        <mrow>
         <mi>f</mi>
         <mo>[</mo>
         <mi>x</mi>
         <mo>]</mo>
        </mrow>
        <mo>,</mo>
        <mi>x</mi>
        <mo>,</mo>
        <mi>k</mi>
       </mrow>
       <mo>]</mo>
      </mrow>
     </mrow>
    </mtd>
   </mtr>
   <mtr>
    <mtd>
     <mrow>
      <mi>&ImaginaryI;</mi>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <msup>
       <mi>k</mi>
       <mn>7</mn>
      </msup>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <mrow>
       <mi>FourierTransform</mi>
       <mo>[</mo>
       <mrow>
        <mrow>
         <mi>f</mi>
         <mo>[</mo>
         <mi>x</mi>
         <mo>]</mo>
        </mrow>
        <mo>,</mo>
        <mi>x</mi>
        <mo>,</mo>
        <mi>k</mi>
       </mrow>
       <mo>]</mo>
      </mrow>
     </mrow>
    </mtd>
   </mtr>
   <mtr>
    <mtd>
     <mrow>
      <msup>
       <mi>k</mi>
       <mn>8</mn>
      </msup>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <mrow>
       <mi>FourierTransform</mi>
       <mo>[</mo>
       <mrow>
        <mrow>
         <mi>f</mi>
         <mo>[</mo>
         <mi>x</mi>
         <mo>]</mo>
        </mrow>
        <mo>,</mo>
        <mi>x</mi>
        <mo>,</mo>
        <mi>k</mi>
       </mrow>
       <mo>]</mo>
      </mrow>
     </mrow>
    </mtd>
   </mtr>
   <mtr>
    <mtd>
     <mrow>
      <mrow>
       <mo>-</mo>
       <mi>&ImaginaryI;</mi>
      </mrow>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <msup>
       <mi>k</mi>
       <mn>9</mn>
      </msup>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <mrow>
       <mi>FourierTransform</mi>
       <mo>[</mo>
       <mrow>
        <mrow>
         <mi>f</mi>
         <mo>[</mo>
         <mi>x</mi>
         <mo>]</mo>
        </mrow>
        <mo>,</mo>
        <mi>x</mi>
        <mo>,</mo>
        <mi>k</mi>
       </mrow>
       <mo>]</mo>
      </mrow>
     </mrow>
    </mtd>
   </mtr>
   <mtr>
    <mtd>
     <mrow>
      <mrow>
       <mo>-</mo>
       <msup>
        <mi>k</mi>
        <mn>10</mn>
       </msup>
      </mrow>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <mrow>
       <mi>FourierTransform</mi>
       <mo>[</mo>
       <mrow>
        <mrow>
         <mi>f</mi>
         <mo>[</mo>
         <mi>x</mi>
         <mo>]</mo>
        </mrow>
        <mo>,</mo>
        <mi>x</mi>
        <mo>,</mo>
        <mi>k</mi>
       </mrow>
       <mo>]</mo>
      </mrow>
     </mrow>
    </mtd>
   </mtr>
   <mtr>
    <mtd>
     <mrow>
      <mi>&ImaginaryI;</mi>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <msup>
       <mi>k</mi>
       <mn>11</mn>
      </msup>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <mrow>
       <mi>FourierTransform</mi>
       <mo>[</mo>
       <mrow>
        <mrow>
         <mi>f</mi>
         <mo>[</mo>
         <mi>x</mi>
         <mo>]</mo>
        </mrow>
        <mo>,</mo>
        <mi>x</mi>
        <mo>,</mo>
        <mi>k</mi>
       </mrow>
       <mo>]</mo>
      </mrow>
     </mrow>
    </mtd>
   </mtr>
   <mtr>
    <mtd>
     <mrow>
      <msup>
       <mi>k</mi>
       <mn>12</mn>
      </msup>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <mrow>
       <mi>FourierTransform</mi>
       <mo>[</mo>
       <mrow>
        <mrow>
         <mi>f</mi>
         <mo>[</mo>
         <mi>x</mi>
         <mo>]</mo>
        </mrow>
        <mo>,</mo>
        <mi>x</mi>
        <mo>,</mo>
        <mi>k</mi>
       </mrow>
       <mo>]</mo>
      </mrow>
     </mrow>
    </mtd>
   </mtr>
   <mtr>
    <mtd>
     <mrow>
      <mrow>
       <mo>-</mo>
       <mi>&ImaginaryI;</mi>
      </mrow>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <msup>
       <mi>k</mi>
       <mn>13</mn>
      </msup>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <mrow>
       <mi>FourierTransform</mi>
       <mo>[</mo>
       <mrow>
        <mrow>
         <mi>f</mi>
         <mo>[</mo>
         <mi>x</mi>
         <mo>]</mo>
        </mrow>
        <mo>,</mo>
        <mi>x</mi>
        <mo>,</mo>
        <mi>k</mi>
       </mrow>
       <mo>]</mo>
      </mrow>
     </mrow>
    </mtd>
   </mtr>
   <mtr>
    <mtd>
     <mrow>
      <mrow>
       <mo>-</mo>
       <msup>
        <mi>k</mi>
        <mn>14</mn>
       </msup>
      </mrow>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <mrow>
       <mi>FourierTransform</mi>
       <mo>[</mo>
       <mrow>
        <mrow>
         <mi>f</mi>
         <mo>[</mo>
         <mi>x</mi>
         <mo>]</mo>
        </mrow>
        <mo>,</mo>
        <mi>x</mi>
        <mo>,</mo>
        <mi>k</mi>
       </mrow>
       <mo>]</mo>
      </mrow>
     </mrow>
    </mtd>
   </mtr>
   <mtr>
    <mtd>
     <mrow>
      <mi>&ImaginaryI;</mi>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <msup>
       <mi>k</mi>
       <mn>15</mn>
      </msup>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <mrow>
       <mi>FourierTransform</mi>
       <mo>[</mo>
       <mrow>
        <mrow>
         <mi>f</mi>
         <mo>[</mo>
         <mi>x</mi>
         <mo>]</mo>
        </mrow>
        <mo>,</mo>
        <mi>x</mi>
        <mo>,</mo>
        <mi>k</mi>
       </mrow>
       <mo>]</mo>
      </mrow>
     </mrow>
    </mtd>
   </mtr>
   <mtr>
    <mtd>
     <mrow>
      <msup>
       <mi>k</mi>
       <mn>16</mn>
      </msup>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <mrow>
       <mi>FourierTransform</mi>
       <mo>[</mo>
       <mrow>
        <mrow>
         <mi>f</mi>
         <mo>[</mo>
         <mi>x</mi>
         <mo>]</mo>
        </mrow>
        <mo>,</mo>
        <mi>x</mi>
        <mo>,</mo>
        <mi>k</mi>
       </mrow>
       <mo>]</mo>
      </mrow>
     </mrow>
    </mtd>
   </mtr>
   <mtr>
    <mtd>
     <mrow>
      <mrow>
       <mo>-</mo>
       <mi>&ImaginaryI;</mi>
      </mrow>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <msup>
       <mi>k</mi>
       <mn>17</mn>
      </msup>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <mrow>
       <mi>FourierTransform</mi>
       <mo>[</mo>
       <mrow>
        <mrow>
         <mi>f</mi>
         <mo>[</mo>
         <mi>x</mi>
         <mo>]</mo>
        </mrow>
        <mo>,</mo>
        <mi>x</mi>
        <mo>,</mo>
        <mi>k</mi>
       </mrow>
       <mo>]</mo>
      </mrow>
     </mrow>
    </mtd>
   </mtr>
   <mtr>
    <mtd>
     <mrow>
      <mrow>
       <mo>-</mo>
       <msup>
        <mi>k</mi>
        <mn>18</mn>
       </msup>
      </mrow>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <mrow>
       <mi>FourierTransform</mi>
       <mo>[</mo>
       <mrow>
        <mrow>
         <mi>f</mi>
         <mo>[</mo>
         <mi>x</mi>
         <mo>]</mo>
        </mrow>
        <mo>,</mo>
        <mi>x</mi>
        <mo>,</mo>
        <mi>k</mi>
       </mrow>
       <mo>]</mo>
      </mrow>
     </mrow>
    </mtd>
   </mtr>
   <mtr>
    <mtd>
     <mrow>
      <mi>&ImaginaryI;</mi>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <msup>
       <mi>k</mi>
       <mn>19</mn>
      </msup>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <mrow>
       <mi>FourierTransform</mi>
       <mo>[</mo>
       <mrow>
        <mrow>
         <mi>f</mi>
         <mo>[</mo>
         <mi>x</mi>
         <mo>]</mo>
        </mrow>
        <mo>,</mo>
        <mi>x</mi>
        <mo>,</mo>
        <mi>k</mi>
       </mrow>
       <mo>]</mo>
      </mrow>
     </mrow>
    </mtd>
   </mtr>
   <mtr>
    <mtd>
     <mrow>
      <msup>
       <mi>k</mi>
       <mn>20</mn>
      </msup>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <mrow>
       <mi>FourierTransform</mi>
       <mo>[</mo>
       <mrow>
        <mrow>
         <mi>f</mi>
         <mo>[</mo>
         <mi>x</mi>
         <mo>]</mo>
        </mrow>
        <mo>,</mo>
        <mi>x</mi>
        <mo>,</mo>
        <mi>k</mi>
       </mrow>
       <mo>]</mo>
      </mrow>
     </mrow>
    </mtd>
   </mtr>
   <mtr>
    <mtd>
     <mrow>
      <mrow>
       <mo>-</mo>
       <mi>&ImaginaryI;</mi>
      </mrow>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <msup>
       <mi>k</mi>
       <mn>21</mn>
      </msup>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <mrow>
       <mi>FourierTransform</mi>
       <mo>[</mo>
       <mrow>
        <mrow>
         <mi>f</mi>
         <mo>[</mo>
         <mi>x</mi>
         <mo>]</mo>
        </mrow>
        <mo>,</mo>
        <mi>x</mi>
        <mo>,</mo>
        <mi>k</mi>
       </mrow>
       <mo>]</mo>
      </mrow>
     </mrow>
    </mtd>
   </mtr>
   <mtr>
    <mtd>
     <mrow>
      <mrow>
       <mo>-</mo>
       <msup>
        <mi>k</mi>
        <mn>22</mn>
       </msup>
      </mrow>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <mrow>
       <mi>FourierTransform</mi>
       <mo>[</mo>
       <mrow>
        <mrow>
         <mi>f</mi>
         <mo>[</mo>
         <mi>x</mi>
         <mo>]</mo>
        </mrow>
        <mo>,</mo>
        <mi>x</mi>
        <mo>,</mo>
        <mi>k</mi>
       </mrow>
       <mo>]</mo>
      </mrow>
     </mrow>
    </mtd>
   </mtr>
   <mtr>
    <mtd>
     <mrow>
      <mi>&ImaginaryI;</mi>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <msup>
       <mi>k</mi>
       <mn>23</mn>
      </msup>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <mrow>
       <mi>FourierTransform</mi>
       <mo>[</mo>
       <mrow>
        <mrow>
         <mi>f</mi>
         <mo>[</mo>
         <mi>x</mi>
         <mo>]</mo>
        </mrow>
        <mo>,</mo>
        <mi>x</mi>
        <mo>,</mo>
        <mi>k</mi>
       </mrow>
       <mo>]</mo>
      </mrow>
     </mrow>
    </mtd>
   </mtr>
   <mtr>
    <mtd>
     <mrow>
      <msup>
       <mi>k</mi>
       <mn>24</mn>
      </msup>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <mrow>
       <mi>FourierTransform</mi>
       <mo>[</mo>
       <mrow>
        <mrow>
         <mi>f</mi>
         <mo>[</mo>
         <mi>x</mi>
         <mo>]</mo>
        </mrow>
        <mo>,</mo>
        <mi>x</mi>
        <mo>,</mo>
        <mi>k</mi>
       </mrow>
       <mo>]</mo>
      </mrow>
     </mrow>
    </mtd>
   </mtr>
  </mtable>
  <mtext>&#8288;</mtext>
  <mo>)</mo>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Text">
 <a id="mmtag_22_FourierTransformxx__implementing_rules_as_linear_operator"></a>
 <a id="mmtag_22_implementing_rules_for_linear_operators__FourierTransformxx"></a>
 Does&nbsp;&nbsp;<span style='font-style: italic;'>Mathematica</span> apply the rules according to the Fourier Transform being a linear operator?
</p>



<p class="Input">
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mi>FourierTransform</mi>
  <mo>[</mo>
  <mrow>
   <mrow>
    <mrow>
     <mi>a</mi>
     <mo>&InvisibleTimes;</mo>
     <mrow>
      <mi>f</mi>
      <mo>[</mo>
      <mi>x</mi>
      <mo>]</mo>
     </mrow>
    </mrow>
    <mtext> </mtext>
    <mo>+</mo>
    <mtext> </mtext>
    <mrow>
     <mi>b</mi>
     <mo>&InvisibleTimes;</mo>
     <mrow>
      <mi>g</mi>
      <mo>[</mo>
      <mi>x</mi>
      <mo>]</mo>
     </mrow>
    </mrow>
   </mrow>
   <mo>,</mo>
   <mi>x</mi>
   <mo>,</mo>
   <mi>k</mi>
  </mrow>
  <mo>]</mo>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Output">
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mi>FourierTransform</mi>
  <mo>[</mo>
  <mrow>
   <mrow>
    <mrow>
     <mi>a</mi>
     <mo>&InvisibleTimes;</mo>
     <mrow>
      <mi>f</mi>
      <mo>[</mo>
      <mi>x</mi>
      <mo>]</mo>
     </mrow>
    </mrow>
    <mo>+</mo>
    <mrow>
     <mi>b</mi>
     <mo>&InvisibleTimes;</mo>
     <mrow>
      <mi>g</mi>
      <mo>[</mo>
      <mi>x</mi>
      <mo>]</mo>
     </mrow>
    </mrow>
   </mrow>
   <mo>,</mo>
   <mi>x</mi>
   <mo>,</mo>
   <mi>k</mi>
  </mrow>
  <mo>]</mo>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Text">
 Apparently not--so we make some rules that can be applied. It may be instructive to see how to do this.
</p>



<p class="Input">
 <img src="HTMLFiles/Lecture-22_1.gif" alt="ConstantRule = FourierTransform[a_&nbsp;&nbsp;f_[y_], x_, k_] :&rarr; a FourierTransform[f[y], x, k] "  width="648" height="35"  style="vertical-align:middle" />
</p>

<p class="Input">
 <img src="HTMLFiles/Lecture-22_2.gif" alt="DistributeRule = &nbsp;&nbsp;FourierTransform[Plus[expr_], x_, k_] :&rarr;Distribute[FourierTransform[expr, x, k], Plus]"  width="683" height="35"  style="vertical-align:middle" />
</p>

<p class="Output">
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mrow>
   <mi>FourierTransform</mi>
   <mo>[</mo>
   <mrow>
    <mrow>
     <mtext>a_</mtext>
     <mo>&InvisibleTimes;</mo>
     <mrow>
      <mtext>f_</mtext>
      <mo>[</mo>
      <mtext>y_</mtext>
      <mo>]</mo>
     </mrow>
    </mrow>
    <mo>,</mo>
    <mtext>x_</mtext>
    <mo>,</mo>
    <mtext>k_</mtext>
   </mrow>
   <mo>]</mo>
  </mrow>
  <mo>&RuleDelayed;</mo>
  <mrow>
   <mi>a</mi>
   <mo>&InvisibleTimes;</mo>
   <mrow>
    <mi>FourierTransform</mi>
    <mo>[</mo>
    <mrow>
     <mrow>
      <mi>f</mi>
      <mo>[</mo>
      <mi>y</mi>
      <mo>]</mo>
     </mrow>
     <mo>,</mo>
     <mi>x</mi>
     <mo>,</mo>
     <mi>k</mi>
    </mrow>
    <mo>]</mo>
   </mrow>
  </mrow>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Output">
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mrow>
   <mi>FourierTransform</mi>
   <mo>[</mo>
   <mrow>
    <mtext>expr_</mtext>
    <mo>,</mo>
    <mtext>x_</mtext>
    <mo>,</mo>
    <mtext>k_</mtext>
   </mrow>
   <mo>]</mo>
  </mrow>
  <mo>&RuleDelayed;</mo>
  <mrow>
   <mi>Distribute</mi>
   <mo>[</mo>
   <mrow>
    <mrow>
     <mi>FourierTransform</mi>
     <mo>[</mo>
     <mrow>
      <mi>expr</mi>
      <mo>,</mo>
      <mi>x</mi>
      <mo>,</mo>
      <mi>k</mi>
     </mrow>
     <mo>]</mo>
    </mrow>
    <mo>,</mo>
    <mi>Plus</mi>
   </mrow>
   <mo>]</mo>
  </mrow>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Text">
 Try them out:
</p>



<p class="Input">
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mi>temp</mi>
  <mtext> </mtext>
  <mo>=</mo>
  <mrow>
   <mrow>
    <mrow>
     <mi>FourierTransform</mi>
     <mo>[</mo>
     <mrow>
      <mrow>
       <mrow>
        <mi>a</mi>
        <mo>&InvisibleTimes;</mo>
        <mrow>
         <mi>f</mi>
         <mo>[</mo>
         <mi>x</mi>
         <mo>]</mo>
        </mrow>
       </mrow>
       <mtext> </mtext>
       <mo>+</mo>
       <mtext> </mtext>
       <mrow>
        <mi>b</mi>
        <mo>&InvisibleTimes;</mo>
        <mrow>
         <mi>g</mi>
         <mo>[</mo>
         <mi>x</mi>
         <mo>]</mo>
        </mrow>
       </mrow>
       <mtext> </mtext>
       <mo>+</mo>
       <mtext> </mtext>
       <mrow>
        <mi>d</mi>
        <mo>&InvisibleTimes;</mo>
        <mrow>
         <mi>p</mi>
         <mo>[</mo>
         <mi>x</mi>
         <mo>]</mo>
        </mrow>
       </mrow>
      </mrow>
      <mo>,</mo>
      <mi>x</mi>
      <mo>,</mo>
      <mi>k</mi>
     </mrow>
     <mo>]</mo>
    </mrow>
    <mo>/.</mo>
    <mi>DistributeRule</mi>
   </mrow>
   <mo>/.</mo>
   <mi>ConstantRule</mi>
  </mrow>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Output">
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mrow>
   <mi>a</mi>
   <mo>&InvisibleTimes;</mo>
   <mrow>
    <mi>FourierTransform</mi>
    <mo>[</mo>
    <mrow>
     <mrow>
      <mi>f</mi>
      <mo>[</mo>
      <mi>x</mi>
      <mo>]</mo>
     </mrow>
     <mo>,</mo>
     <mi>x</mi>
     <mo>,</mo>
     <mi>k</mi>
    </mrow>
    <mo>]</mo>
   </mrow>
  </mrow>
  <mo>+</mo>
  <mrow>
   <mi>b</mi>
   <mo>&InvisibleTimes;</mo>
   <mrow>
    <mi>FourierTransform</mi>
    <mo>[</mo>
    <mrow>
     <mrow>
      <mi>g</mi>
      <mo>[</mo>
      <mi>x</mi>
      <mo>]</mo>
     </mrow>
     <mo>,</mo>
     <mi>x</mi>
     <mo>,</mo>
     <mi>k</mi>
    </mrow>
    <mo>]</mo>
   </mrow>
  </mrow>
  <mo>+</mo>
  <mrow>
   <mi>d</mi>
   <mo>&InvisibleTimes;</mo>
   <mrow>
    <mi>FourierTransform</mi>
    <mo>[</mo>
    <mrow>
     <mrow>
      <mi>p</mi>
      <mo>[</mo>
      <mi>x</mi>
      <mo>]</mo>
     </mrow>
     <mo>,</mo>
     <mi>x</mi>
     <mo>,</mo>
     <mi>k</mi>
    </mrow>
    <mo>]</mo>
   </mrow>
  </mrow>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Text">
 <a id="mmtag_22_FourierTransformxx__to_solve_damped_forced_harmonic_oscillator"></a>
 <a id="mmtag_22_damped_forced_harmonic_operator__solution_using_FourierTransformxx"></a>
 Let's&nbsp;&nbsp;Fourier Transform the left-hand -side of a second-order ODE:
</p>



<p class="Input">
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mi>ODE2nd</mi>
  <mtext> </mtext>
  <mo>=</mo>
  <mtext> </mtext>
  <mrow>
   <mrow>
    <mi>Mass</mi>
    <mo>&InvisibleTimes;</mo>
    <mrow>
     <mi>D</mi>
     <mo>[</mo>
     <mrow>
      <mrow>
       <mi>y</mi>
       <mo>[</mo>
       <mi>t</mi>
       <mo>]</mo>
      </mrow>
      <mo>,</mo>
      <mrow>
       <mo>{</mo>
       <mrow>
        <mi>t</mi>
        <mo>,</mo>
        <mn>2</mn>
       </mrow>
       <mo>}</mo>
      </mrow>
     </mrow>
     <mo>]</mo>
    </mrow>
   </mrow>
   <mtext> </mtext>
   <mo>+</mo>
   <mtext> </mtext>
   <mrow>
    <mi>Viscosity</mi>
    <mo>&InvisibleTimes;</mo>
    <mrow>
     <mi>D</mi>
     <mo>[</mo>
     <mrow>
      <mrow>
       <mi>y</mi>
       <mo>[</mo>
       <mi>t</mi>
       <mo>]</mo>
      </mrow>
      <mo>,</mo>
      <mi>t</mi>
     </mrow>
     <mo>]</mo>
    </mrow>
   </mrow>
   <mtext> </mtext>
   <mo>+</mo>
   <mtext> </mtext>
   <mrow>
    <mi>SpringK</mi>
    <mo>&InvisibleTimes;</mo>
    <mrow>
     <mi>y</mi>
     <mtext> </mtext>
     <mo>[</mo>
     <mi>t</mi>
     <mo>]</mo>
    </mrow>
   </mrow>
  </mrow>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Output">
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mrow>
   <mi>SpringK</mi>
   <mo>&InvisibleTimes;</mo>
   <mrow>
    <mi>y</mi>
    <mo>[</mo>
    <mi>t</mi>
    <mo>]</mo>
   </mrow>
  </mrow>
  <mo>+</mo>
  <mrow>
   <mi>Viscosity</mi>
   <mo>&InvisibleTimes;</mo>
   <mrow>
    <msup>
     <mi>y</mi>
     <mo>&prime;</mo>
    </msup>
    <mo>[</mo>
    <mi>t</mi>
    <mo>]</mo>
   </mrow>
  </mrow>
  <mo>+</mo>
  <mrow>
   <mi>Mass</mi>
   <mo>&InvisibleTimes;</mo>
   <mrow>
    <msup>
     <mi>y</mi>
     <mi>&prime;&prime;</mi>
    </msup>
    <mo>[</mo>
    <mi>t</mi>
    <mo>]</mo>
   </mrow>
  </mrow>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Input">
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mi>FrrODE2nd</mi>
  <mtext> </mtext>
  <mo>=</mo>
  <mrow>
   <mrow>
    <mrow>
     <mi>FourierTransform</mi>
     <mo>[</mo>
     <mrow>
      <mi>ODE2nd</mi>
      <mo>,</mo>
      <mi>t</mi>
      <mo>,</mo>
      <mi>&omega;</mi>
     </mrow>
     <mo>]</mo>
    </mrow>
    <mo>/.</mo>
    <mi>DistributeRule</mi>
   </mrow>
   <mo>/.</mo>
   <mi>ConstantRule</mi>
  </mrow>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Output">
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mrow>
   <mi>SpringK</mi>
   <mo>&InvisibleTimes;</mo>
   <mrow>
    <mi>FourierTransform</mi>
    <mo>[</mo>
    <mrow>
     <mrow>
      <mi>y</mi>
      <mo>[</mo>
      <mi>t</mi>
      <mo>]</mo>
     </mrow>
     <mo>,</mo>
     <mi>t</mi>
     <mo>,</mo>
     <mi>&omega;</mi>
    </mrow>
    <mo>]</mo>
   </mrow>
  </mrow>
  <mo>-</mo>
  <mrow>
   <mi>&ImaginaryI;</mi>
   <mo>&InvisibleTimes;</mo>
   <mi>Viscosity</mi>
   <mo>&InvisibleTimes;</mo>
   <mi>&omega;</mi>
   <mo>&InvisibleTimes;</mo>
   <mrow>
    <mi>FourierTransform</mi>
    <mo>[</mo>
    <mrow>
     <mrow>
      <mi>y</mi>
      <mo>[</mo>
      <mi>t</mi>
      <mo>]</mo>
     </mrow>
     <mo>,</mo>
     <mi>t</mi>
     <mo>,</mo>
     <mi>&omega;</mi>
    </mrow>
    <mo>]</mo>
   </mrow>
  </mrow>
  <mo>-</mo>
  <mrow>
   <mi>Mass</mi>
   <mo>&InvisibleTimes;</mo>
   <msup>
    <mi>&omega;</mi>
    <mn>2</mn>
   </msup>
   <mo>&InvisibleTimes;</mo>
   <mrow>
    <mi>FourierTransform</mi>
    <mo>[</mo>
    <mrow>
     <mrow>
      <mi>y</mi>
      <mo>[</mo>
      <mi>t</mi>
      <mo>]</mo>
     </mrow>
     <mo>,</mo>
     <mi>t</mi>
     <mo>,</mo>
     <mi>&omega;</mi>
    </mrow>
    <mo>]</mo>
   </mrow>
  </mrow>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Input">
 <a id="mmtag_22_DiracDeltaxx__as_FourierTransformxx_of_Cosxx"></a>
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mi>rhs</mi>
  <mtext> </mtext>
  <mo>=</mo>
  <mtext> </mtext>
  <mrow>
   <mi>FourierTransform</mi>
   <mo>[</mo>
   <mrow>
    <mrow>
     <mi>Cos</mi>
     <mo>[</mo>
     <mtext> </mtext>
     <mrow>
      <mi>&omega;0</mi>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <mtext>  </mtext>
      <mi>t</mi>
     </mrow>
     <mo>]</mo>
    </mrow>
    <mtext> </mtext>
    <mo>,</mo>
    <mi>t</mi>
    <mo>,</mo>
    <mi>&omega;</mi>
   </mrow>
   <mo>]</mo>
  </mrow>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Output">
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mrow>
   <msqrt>
    <mfrac>
     <mi>&pi;</mi>
     <mn>2</mn>
    </mfrac>
   </msqrt>
   <mo>&InvisibleTimes;</mo>
   <mrow>
    <mi>DiracDelta</mi>
    <mo>[</mo>
    <mrow>
     <mi>&omega;</mi>
     <mo>-</mo>
     <mi>&omega;0</mi>
    </mrow>
    <mo>]</mo>
   </mrow>
  </mrow>
  <mo>+</mo>
  <mrow>
   <msqrt>
    <mfrac>
     <mi>&pi;</mi>
     <mn>2</mn>
    </mfrac>
   </msqrt>
   <mo>&InvisibleTimes;</mo>
   <mrow>
    <mi>DiracDelta</mi>
    <mo>[</mo>
    <mrow>
     <mi>&omega;</mi>
     <mo>+</mo>
     <mi>&omega;0</mi>
    </mrow>
    <mo>]</mo>
   </mrow>
  </mrow>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Input">
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mi>ftsol</mi>
  <mtext> </mtext>
  <mo>=</mo>
  <mtext> </mtext>
  <mrow>
   <mi>Solve</mi>
   <mo>[</mo>
   <mrow>
    <mrow>
     <mi>FrrODE2nd</mi>
     <mtext> </mtext>
     <mo>&Equal;</mo>
     <mi>rhs</mi>
    </mrow>
    <mo>,</mo>
    <mrow>
     <mi>FourierTransform</mi>
     <mo>[</mo>
     <mrow>
      <mrow>
       <mi>y</mi>
       <mo>[</mo>
       <mi>t</mi>
       <mo>]</mo>
      </mrow>
      <mo>,</mo>
      <mi>t</mi>
      <mo>,</mo>
      <mi>&omega;</mi>
     </mrow>
     <mo>]</mo>
    </mrow>
   </mrow>
   <mo>]</mo>
  </mrow>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Output">
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mo>{</mo>
  <mrow>
   <mo>{</mo>
   <mrow>
    <mrow>
     <mi>FourierTransform</mi>
     <mo>[</mo>
     <mrow>
      <mrow>
       <mi>y</mi>
       <mo>[</mo>
       <mi>t</mi>
       <mo>]</mo>
      </mrow>
      <mo>,</mo>
      <mi>t</mi>
      <mo>,</mo>
      <mi>&omega;</mi>
     </mrow>
     <mo>]</mo>
    </mrow>
    <mo>&rightarrow;</mo>
    <mfrac>
     <mrow>
      <mrow>
       <msqrt>
        <mrow>
         <mn>2</mn>
         <mo>&InvisibleTimes;</mo>
         <mi>&pi;</mi>
        </mrow>
       </msqrt>
       <mo>&InvisibleTimes;</mo>
       <mrow>
        <mi>DiracDelta</mi>
        <mo>[</mo>
        <mrow>
         <mi>&omega;</mi>
         <mo>-</mo>
         <mi>&omega;0</mi>
        </mrow>
        <mo>]</mo>
       </mrow>
      </mrow>
      <mo>+</mo>
      <mrow>
       <msqrt>
        <mrow>
         <mn>2</mn>
         <mo>&InvisibleTimes;</mo>
         <mi>&pi;</mi>
        </mrow>
       </msqrt>
       <mo>&InvisibleTimes;</mo>
       <mrow>
        <mi>DiracDelta</mi>
        <mo>[</mo>
        <mrow>
         <mi>&omega;</mi>
         <mo>+</mo>
         <mi>&omega;0</mi>
        </mrow>
        <mo>]</mo>
       </mrow>
      </mrow>
     </mrow>
     <mrow>
      <mn>2</mn>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <mrow>
       <mo>(</mo>
       <mrow>
        <mi>SpringK</mi>
        <mo>-</mo>
        <mrow>
         <mi>&ImaginaryI;</mi>
         <mo>&InvisibleTimes;</mo>
         <mi>Viscosity</mi>
         <mo>&InvisibleTimes;</mo>
         <mi>&omega;</mi>
        </mrow>
        <mo>-</mo>
        <mrow>
         <mi>Mass</mi>
         <mo>&InvisibleTimes;</mo>
         <msup>
          <mi>&omega;</mi>
          <mn>2</mn>
         </msup>
        </mrow>
       </mrow>
       <mo>)</mo>
      </mrow>
     </mrow>
    </mfrac>
   </mrow>
   <mo>}</mo>
  </mrow>
  <mo>}</mo>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Input">
 <a id="mmtag_22_InverseFourierTransformxx__in_solution_to_harmonic_oscillator"></a>
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mi>InverseFourierTransform</mi>
  <mo>[</mo>
  <mrow>
   <mrow>
    <mrow>
     <mi>FourierTransform</mi>
     <mo>[</mo>
     <mrow>
      <mrow>
       <mi>y</mi>
       <mo>[</mo>
       <mi>t</mi>
       <mo>]</mo>
      </mrow>
      <mo>,</mo>
      <mi>t</mi>
      <mo>,</mo>
      <mi>&omega;</mi>
     </mrow>
     <mo>]</mo>
    </mrow>
    <mo>/.</mo>
    <mrow>
     <mi>Flatten</mi>
     <mo>[</mo>
     <mi>ftsol</mi>
     <mo>]</mo>
    </mrow>
   </mrow>
   <mo>,</mo>
   <mi>&omega;</mi>
   <mo>,</mo>
   <mi>t</mi>
   <mo>,</mo>
   <mrow>
    <mi>Assumptions</mi>
    <mtext> </mtext>
    <mo>&rightarrow;</mo>
    <mtext> </mtext>
    <mrow>
     <mi>&omega;0</mi>
     <mo>&gt;</mo>
     <mtext> </mtext>
     <mn>0</mn>
    </mrow>
   </mrow>
  </mrow>
  <mo>]</mo>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Output">
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mfrac>
  <mrow>
   <mrow>
    <mrow>
     <mo>(</mo>
     <mrow>
      <mi>SpringK</mi>
      <mo>-</mo>
      <mrow>
       <mi>Mass</mi>
       <mo>&InvisibleTimes;</mo>
       <msup>
        <mi>&omega;0</mi>
        <mn>2</mn>
       </msup>
      </mrow>
     </mrow>
     <mo>)</mo>
    </mrow>
    <mo>&InvisibleTimes;</mo>
    <mrow>
     <mi>Cos</mi>
     <mo>[</mo>
     <mrow>
      <mi>t</mi>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <mi>&omega;0</mi>
     </mrow>
     <mo>]</mo>
    </mrow>
   </mrow>
   <mo>+</mo>
   <mrow>
    <mi>Viscosity</mi>
    <mo>&InvisibleTimes;</mo>
    <mi>&omega;0</mi>
    <mo>&InvisibleTimes;</mo>
    <mrow>
     <mi>Sin</mi>
     <mo>[</mo>
     <mrow>
      <mi>t</mi>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <mi>&omega;0</mi>
     </mrow>
     <mo>]</mo>
    </mrow>
   </mrow>
  </mrow>
  <mrow>
   <msup>
    <mi>SpringK</mi>
    <mn>2</mn>
   </msup>
   <mo>-</mo>
   <mrow>
    <mn>2</mn>
    <mo>&InvisibleTimes;</mo>
    <mi>Mass</mi>
    <mo>&InvisibleTimes;</mo>
    <mi>SpringK</mi>
    <mo>&InvisibleTimes;</mo>
    <msup>
     <mi>&omega;0</mi>
     <mn>2</mn>
    </msup>
   </mrow>
   <mo>+</mo>
   <mrow>
    <msup>
     <mi>Viscosity</mi>
     <mn>2</mn>
    </msup>
    <mo>&InvisibleTimes;</mo>
    <msup>
     <mi>&omega;0</mi>
     <mn>2</mn>
    </msup>
   </mrow>
   <mo>+</mo>
   <mrow>
    <msup>
     <mi>Mass</mi>
     <mn>2</mn>
    </msup>
    <mo>&InvisibleTimes;</mo>
    <msup>
     <mi>&omega;0</mi>
     <mn>4</mn>
    </msup>
   </mrow>
  </mrow>
 </mfrac>
</math>
</p>

<p class="Text">
 Otherwise, the complete solution (i.e., the inhomogeneous plus the homogeneous parts) can be calculated by the DSolve function
</p>



<p class="Input">
 <a id="mmtag_22_damped_forced_harmonic_operator__general_solution"></a>
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mi>FullSimplify</mi>
  <mo>[</mo>
  <mrow>
   <mrow>
    <mrow>
     <mi>y</mi>
     <mo>[</mo>
     <mi>t</mi>
     <mo>]</mo>
    </mrow>
    <mo>/.</mo>
    <mrow>
     <mi>DSolve</mi>
     <mo>[</mo>
     <mrow>
      <mrow>
       <mo>{</mo>
       <mrow>
        <mrow>
         <mrow>
          <mrow>
           <mi>Mass</mi>
           <mo>&InvisibleTimes;</mo>
           <mrow>
            <mi>D</mi>
            <mo>[</mo>
            <mrow>
             <mrow>
              <mi>y</mi>
              <mo>[</mo>
              <mi>t</mi>
              <mo>]</mo>
             </mrow>
             <mo>,</mo>
             <mrow>
              <mo>{</mo>
              <mrow>
               <mi>t</mi>
               <mo>,</mo>
               <mn>2</mn>
              </mrow>
              <mo>}</mo>
             </mrow>
            </mrow>
            <mo>]</mo>
           </mrow>
          </mrow>
          <mtext> </mtext>
          <mo>+</mo>
          <mtext> </mtext>
          <mrow>
           <mi>Damper</mi>
           <mo>&InvisibleTimes;</mo>
           <mrow>
            <mi>D</mi>
            <mo>[</mo>
            <mrow>
             <mrow>
              <mi>y</mi>
              <mo>[</mo>
              <mi>t</mi>
              <mo>]</mo>
             </mrow>
             <mo>,</mo>
             <mi>t</mi>
            </mrow>
            <mo>]</mo>
           </mrow>
          </mrow>
          <mtext> </mtext>
          <mo>+</mo>
          <mtext> </mtext>
          <mrow>
           <mi>SpringK</mi>
           <mo>&InvisibleTimes;</mo>
           <mrow>
            <mi>y</mi>
            <mo>[</mo>
            <mi>t</mi>
            <mo>]</mo>
           </mrow>
          </mrow>
         </mrow>
         <mtext> </mtext>
         <mo>&Equal;</mo>
         <mtext> </mtext>
         <mrow>
          <mi>Cos</mi>
          <mo>[</mo>
          <mrow>
           <msub>
            <mi>&omega;</mi>
            <mi>o</mi>
           </msub>
           <mo>&InvisibleTimes;</mo>
           <mi>t</mi>
          </mrow>
          <mo>]</mo>
         </mrow>
        </mrow>
        <mo>,</mo>
        <mtext> </mtext>
        <mrow>
         <mrow>
          <mi>y</mi>
          <mo>[</mo>
          <mn>0</mn>
          <mo>]</mo>
         </mrow>
         <mo>==</mo>
         <mn>1</mn>
        </mrow>
        <mo>,</mo>
        <mrow>
         <mrow>
          <mrow>
           <mi>y</mi>
           <mo>'</mo>
          </mrow>
          <mo>[</mo>
          <mn>0</mn>
          <mo>]</mo>
         </mrow>
         <mo>==</mo>
         <mn>0</mn>
        </mrow>
       </mrow>
       <mo>}</mo>
      </mrow>
      <mo>,</mo>
      <mrow>
       <mi>y</mi>
       <mo>[</mo>
       <mi>t</mi>
       <mo>]</mo>
      </mrow>
      <mo>,</mo>
      <mi>t</mi>
     </mrow>
     <mo>]</mo>
    </mrow>
   </mrow>
   <mo>,</mo>
   <mrow>
    <mi>Assumptions</mi>
    <mo>-&gt;</mo>
    <mtext> </mtext>
    <mrow>
     <mrow>
      <mi>&omega;0</mi>
      <mtext> </mtext>
      <mo>&gt;</mo>
      <mtext> </mtext>
      <mn>0</mn>
     </mrow>
     <mtext> </mtext>
     <mo>&amp;&amp;</mo>
     <mtext>  </mtext>
     <mrow>
      <mi>Mass</mi>
      <mtext> </mtext>
      <mo>&gt;</mo>
      <mtext> </mtext>
      <mn>0</mn>
     </mrow>
     <mtext> </mtext>
     <mo>&amp;&amp;</mo>
     <mtext> </mtext>
     <mrow>
      <mi>Damper</mi>
      <mtext> </mtext>
      <mo>&gt;</mo>
      <mtext> </mtext>
      <mn>0</mn>
     </mrow>
     <mtext> </mtext>
     <mo>&amp;&amp;</mo>
     <mtext> </mtext>
     <mrow>
      <mi>SpringK</mi>
      <mtext> </mtext>
      <mo>&gt;</mo>
      <mtext> </mtext>
      <mn>0</mn>
     </mrow>
    </mrow>
   </mrow>
  </mrow>
  <mo>]</mo>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Output">
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mo>{</mo>
  <mrow>
   <mrow>
    <mo>(</mo>
    <mrow>
     <msup>
      <mi>&ExponentialE;</mi>
      <mrow>
       <mo>-</mo>
       <mfrac>
        <mrow>
         <mrow>
          <mo>(</mo>
          <mrow>
           <mi>Damper</mi>
           <mo>+</mo>
           <msqrt>
            <mrow>
             <msup>
              <mi>Damper</mi>
              <mn>2</mn>
             </msup>
             <mo>-</mo>
             <mrow>
              <mn>4</mn>
              <mo>&InvisibleTimes;</mo>
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              <mo>&InvisibleTimes;</mo>
              <mi>SpringK</mi>
             </mrow>
            </mrow>
           </msqrt>
          </mrow>
          <mo>)</mo>
         </mrow>
         <mo>&InvisibleTimes;</mo>
         <mi>t</mi>
        </mrow>
        <mrow>
         <mn>2</mn>
         <mo>&InvisibleTimes;</mo>
         <mi>Mass</mi>
        </mrow>
       </mfrac>
      </mrow>
     </msup>
     <mo>&InvisibleTimes;</mo>
     <mrow>
      <mo>(</mo>
      <mrow>
       <mrow>
        <mi>SpringK</mi>
        <mo>&InvisibleTimes;</mo>
        <mrow>
         <mo>(</mo>
         <mrow>
          <mrow>
           <mrow>
            <mo>(</mo>
            <mrow>
             <mrow>
              <mo>-</mo>
              <mn>1</mn>
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            </mrow>
            <mo>)</mo>
           </mrow>
           <mo>&InvisibleTimes;</mo>
           <mrow>
            <mo>(</mo>
            <mrow>
             <mrow>
              <mi>Damper</mi>
              <mo>&InvisibleTimes;</mo>
              <mrow>
               <mo>(</mo>
               <mrow>
                <mrow>
                 <mo>-</mo>
                 <mn>1</mn>
                </mrow>
                <mo>+</mo>
                <msup>
                 <mi>&ExponentialE;</mi>
                 <mfrac>
                  <mrow>
                   <msqrt>
                    <mrow>
                     <msup>
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                     <mo>-</mo>
                     <mrow>
                      <mn>4</mn>
                      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
                      <mi>Mass</mi>
                      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
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                     </mrow>
                    </mrow>
                   </msqrt>
                   <mo>&InvisibleTimes;</mo>
                   <mi>t</mi>
                  </mrow>
                  <mi>Mass</mi>
                 </mfrac>
                </msup>
               </mrow>
               <mo>)</mo>
              </mrow>
             </mrow>
             <mo>+</mo>
             <mrow>
              <mrow>
               <mo>(</mo>
               <mrow>
                <mn>1</mn>
                <mo>+</mo>
                <msup>
                 <mi>&ExponentialE;</mi>
                 <mfrac>
                  <mrow>
                   <msqrt>
                    <mrow>
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                     <mo>-</mo>
                     <mrow>
                      <mn>4</mn>
                      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
                      <mi>Mass</mi>
                      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
                      <mi>SpringK</mi>
                     </mrow>
                    </mrow>
                   </msqrt>
                   <mo>&InvisibleTimes;</mo>
                   <mi>t</mi>
                  </mrow>
                  <mi>Mass</mi>
                 </mfrac>
                </msup>
               </mrow>
               <mo>)</mo>
              </mrow>
              <mo>&InvisibleTimes;</mo>
              <msqrt>
               <mrow>
                <msup>
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                 <mn>2</mn>
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                <mrow>
                 <mn>4</mn>
                 <mo>&InvisibleTimes;</mo>
                 <mi>Mass</mi>
                 <mo>&InvisibleTimes;</mo>
                 <mi>SpringK</mi>
                </mrow>
               </mrow>
              </msqrt>
             </mrow>
            </mrow>
            <mo>)</mo>
           </mrow>
          </mrow>
          <mo>+</mo>
          <mrow>
           <mn>2</mn>
           <mo>&InvisibleTimes;</mo>
           <msup>
            <mi>&ExponentialE;</mi>
            <mfrac>
             <mrow>
              <mrow>
               <mo>(</mo>
               <mrow>
                <mi>Damper</mi>
                <mo>+</mo>
                <msqrt>
                 <mrow>
                  <msup>
                   <mi>Damper</mi>
                   <mn>2</mn>
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                  <mo>-</mo>
                  <mrow>
                   <mn>4</mn>
                   <mo>&InvisibleTimes;</mo>
                   <mi>Mass</mi>
                   <mo>&InvisibleTimes;</mo>
                   <mi>SpringK</mi>
                  </mrow>
                 </mrow>
                </msqrt>
               </mrow>
               <mo>)</mo>
              </mrow>
              <mo>&InvisibleTimes;</mo>
              <mi>t</mi>
             </mrow>
             <mrow>
              <mn>2</mn>
              <mo>&InvisibleTimes;</mo>
              <mi>Mass</mi>
             </mrow>
            </mfrac>
           </msup>
           <mo>&InvisibleTimes;</mo>
           <msqrt>
            <mrow>
             <msup>
              <mi>Damper</mi>
              <mn>2</mn>
             </msup>
             <mo>-</mo>
             <mrow>
              <mn>4</mn>
              <mo>&InvisibleTimes;</mo>
              <mi>Mass</mi>
              <mo>&InvisibleTimes;</mo>
              <mi>SpringK</mi>
             </mrow>
            </mrow>
           </msqrt>
           <mo>&InvisibleTimes;</mo>
           <mrow>
            <mi>Cos</mi>
            <mo>[</mo>
            <mrow>
             <mi>t</mi>
             <mo>&InvisibleTimes;</mo>
             <msub>
              <mi>&omega;</mi>
              <mi>o</mi>
             </msub>
            </mrow>
            <mo>]</mo>
           </mrow>
          </mrow>
         </mrow>
         <mo>)</mo>
        </mrow>
       </mrow>
       <mo>+</mo>
       <mrow>
        <mn>2</mn>
        <mo>&InvisibleTimes;</mo>
        <mi>Damper</mi>
        <mo>&InvisibleTimes;</mo>
        <msup>
         <mi>&ExponentialE;</mi>
         <mfrac>
          <mrow>
           <mrow>
            <mo>(</mo>
            <mrow>
             <mi>Damper</mi>
             <mo>+</mo>
             <msqrt>
              <mrow>
               <msup>
                <mi>Damper</mi>
                <mn>2</mn>
               </msup>
               <mo>-</mo>
               <mrow>
                <mn>4</mn>
                <mo>&InvisibleTimes;</mo>
                <mi>Mass</mi>
                <mo>&InvisibleTimes;</mo>
                <mi>SpringK</mi>
               </mrow>
              </mrow>
             </msqrt>
            </mrow>
            <mo>)</mo>
           </mrow>
           <mo>&InvisibleTimes;</mo>
           <mi>t</mi>
          </mrow>
          <mrow>
           <mn>2</mn>
           <mo>&InvisibleTimes;</mo>
           <mi>Mass</mi>
          </mrow>
         </mfrac>
        </msup>
        <mo>&InvisibleTimes;</mo>
        <msqrt>
         <mrow>
          <msup>
           <mi>Damper</mi>
           <mn>2</mn>
          </msup>
          <mo>-</mo>
          <mrow>
           <mn>4</mn>
           <mo>&InvisibleTimes;</mo>
           <mi>Mass</mi>
           <mo>&InvisibleTimes;</mo>
           <mi>SpringK</mi>
          </mrow>
         </mrow>
        </msqrt>
        <mo>&InvisibleTimes;</mo>
        <mrow>
         <mi>Sin</mi>
         <mo>[</mo>
         <mrow>
          <mi>t</mi>
          <mo>&InvisibleTimes;</mo>
          <msub>
           <mi>&omega;</mi>
           <mi>o</mi>
          </msub>
         </mrow>
         <mo>]</mo>
        </mrow>
        <mo>&InvisibleTimes;</mo>
        <msub>
         <mi>&omega;</mi>
         <mi>o</mi>
        </msub>
       </mrow>
       <mo>+</mo>
       <mrow>
        <mrow>
         <mo>(</mo>
         <mrow>
          <mrow>
           <msup>
            <mi>Damper</mi>
            <mn>3</mn>
           </msup>
           <mo>&InvisibleTimes;</mo>
           <mrow>
            <mo>(</mo>
            <mrow>
             <mrow>
              <mo>-</mo>
              <mn>1</mn>
             </mrow>
             <mo>+</mo>
             <msup>
              <mi>&ExponentialE;</mi>
              <mfrac>
               <mrow>
                <msqrt>
                 <mrow>
                  <msup>
                   <mi>Damper</mi>
                   <mn>2</mn>
                  </msup>
                  <mo>-</mo>
                  <mrow>
                   <mn>4</mn>
                   <mo>&InvisibleTimes;</mo>
                   <mi>Mass</mi>
                   <mo>&InvisibleTimes;</mo>
                   <mi>SpringK</mi>
                  </mrow>
                 </mrow>
                </msqrt>
                <mo>&InvisibleTimes;</mo>
                <mi>t</mi>
               </mrow>
               <mi>Mass</mi>
              </mfrac>
             </msup>
            </mrow>
            <mo>)</mo>
           </mrow>
          </mrow>
          <mo>-</mo>
          <mrow>
           <mi>Damper</mi>
           <mo>&InvisibleTimes;</mo>
           <mrow>
            <mo>(</mo>
            <mrow>
             <mrow>
              <mo>-</mo>
              <mn>1</mn>
             </mrow>
             <mo>+</mo>
             <msup>
              <mi>&ExponentialE;</mi>
              <mfrac>
               <mrow>
                <msqrt>
                 <mrow>
                  <msup>
                   <mi>Damper</mi>
                   <mn>2</mn>
                  </msup>
                  <mo>-</mo>
                  <mrow>
                   <mn>4</mn>
                   <mo>&InvisibleTimes;</mo>
                   <mi>Mass</mi>
                   <mo>&InvisibleTimes;</mo>
                   <mi>SpringK</mi>
                  </mrow>
                 </mrow>
                </msqrt>
                <mo>&InvisibleTimes;</mo>
                <mi>t</mi>
               </mrow>
               <mi>Mass</mi>
              </mfrac>
             </msup>
            </mrow>
            <mo>)</mo>
           </mrow>
           <mo>&InvisibleTimes;</mo>
           <mi>Mass</mi>
           <mo>&InvisibleTimes;</mo>
           <mrow>
            <mo>(</mo>
            <mrow>
             <mn>1</mn>
             <mo>+</mo>
             <mrow>
              <mn>2</mn>
              <mo>&InvisibleTimes;</mo>
              <mi>SpringK</mi>
             </mrow>
            </mrow>
            <mo>)</mo>
           </mrow>
          </mrow>
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              <mfrac>
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                  <msup>
                   <mi>Damper</mi>
                   <mn>2</mn>
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                  <mo>-</mo>
                  <mrow>
                   <mn>4</mn>
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                   <mo>&InvisibleTimes;</mo>
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                 </mrow>
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                <mo>&InvisibleTimes;</mo>
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              </mfrac>
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            <mo>)</mo>
           </mrow>
           <mo>&InvisibleTimes;</mo>
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             <mrow>
              <mn>4</mn>
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            </mrow>
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          <mo>-</mo>
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           <mrow>
            <mo>(</mo>
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            <mo>)</mo>
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            </mfrac>
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    <mo>)</mo>
   </mrow>
  </mrow>
  <mo>}</mo>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Subtitle">
 Functionals: An Introduction to Variational Calculus by way of Variation of Parameters
</p>



<p class="Section">
 <a id="mmtag_22_functionals"></a>
 <a id="mmtag_22_calculus_of_variations__introduction"></a>
 An early application of introductory calculus involves finding extreme values of a function <span style='font-style: italic;'>y</span> = <span style='font-style: italic;'>y</span>(<span style='font-style: italic;'>x</span>): values of the independent variable <span style='font-style: italic;'>x</span> are sought that maximize or minimize <span style='font-style: italic;'>y</span>(<span style='font-style: italic;'>x</span>). In the calculus of variations, a common problem involves finding an unknown <span style='font-style: italic;'>function y</span>(<span style='font-style: italic;'>x</span>) that minimizes a different function in which <span style='font-style: italic;'>y</span>(<span style='font-style: italic;'>x</span>) appears inside an integral. Here we pursue an answer to a problem of this type.
</p>



<p class="Text">
 <a id="mmtag_22_optimal_path__example"></a>
 The &quot;quickest&quot; path of running up-hill&nbsp;&nbsp;can be estimated with a model of how fast one runs up hill.&nbsp;&nbsp;Given a starting point <span style='font-style: italic;'>y</span>(<span style='font-style: italic;'>x</span>=0) = 0 and an ending point <span style='font-style: italic;'>y</span>(<span style='font-style: italic;'>x</span>=1) = 1, the question is to find, among all possible choices of path <span style='font-style: italic;'>y</span>(<span style='font-style: italic;'>x</span>) that connects the end and starting point, which is the one that takes the least time if there is a hill <span style='font-style: italic;'>h</span>(<span style='font-style: italic;'>x</span>) that has to be &quot;run-up.&quot;<br />A reasonable model is that running speed is proportional to Cos(climbing-angle)--that is the velocity is 1 for running on a flat surface and goes to zero as the climbing-angle goes to <span><span class="TextInline"><math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mfrac>
  <mi>&pi;</mi>
  <mn>2</mn>
 </mfrac>
</math></span> .</span><br /><br />In this case, the time can be represented as an integral of the unknown <span style='font-style: italic;'>y</span>(<span style='font-style: italic;'>x</span>) (this is worked out in the accompanying lecture notes)<br /><span style='font-style: italic;'>T</span>[<span style='font-style: italic;'>y</span>(<span style='font-style: italic;'>x</span>)] = <span><span class="TextInline"><math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <msubsup>
  <mo>&Integral;</mo>
  <mrow>
   <mi>x</mi>
   <mo>=</mo>
   <mn>0</mn>
  </mrow>
  <mrow>
   <mi>x</mi>
   <mo>=</mo>
   <mn>1</mn>
  </mrow>
 </msubsup>
</math></span><span class="TextInline"><math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <msqrt>
  <mrow>
   <mn>1</mn>
   <mtext> </mtext>
   <mo>+</mo>
   <mtext> </mtext>
   <msup>
    <mrow>
     <mo>(</mo>
     <mfrac>
      <mi fontstyle='italic'>dy</mi>
      <mi fontstyle='italic'>dx</mi>
     </mfrac>
     <mo>)</mo>
    </mrow>
    <mn>2</mn>
   </msup>
   <mtext> </mtext>
   <mo>+</mo>
   <msup>
    <mrow>
     <mrow>
      <mo>(</mo>
      <mfrac>
       <mi fontstyle='italic'>dh</mi>
       <mi fontstyle='italic'>dx</mi>
      </mfrac>
      <mo>)</mo>
     </mrow>
     <mtext> </mtext>
    </mrow>
    <mn>2</mn>
   </msup>
  </mrow>
 </msqrt>
</math></span> <span class="doublestruck">d</span>x</span><br />Suppose that the &quot;hill&quot; has the shape <span style='font-style: italic;'>h</span>(<span style='font-style: italic;'>x</span>) = <span><span class="TextInline"><math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <msup>
  <mi>x</mi>
  <mn>2</mn>
 </msup>
</math></span></span>.<br /><br />Here, the &quot;real&quot; problem of finding the optimal path from the infinite set of all paths connecting <span style='font-style: italic;'>y</span>(<span style='font-style: italic;'>x</span>=0) = 0 to<span style='font-style: italic;'>y</span>(<span style='font-style: italic;'>x</span>=1) = 1&nbsp;&nbsp;will be replaced by looking at all second-order polynomials: <span style='font-style: italic;'>y</span>(<span style='font-style: italic;'>x</span>) = <span style='font-style: italic;'>a</span> + <span style='font-style: italic;'>bx</span> + <span style='font-style: italic;'>c</span><span><span class="TextInline"><math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <msup>
  <mi>x</mi>
  <mn>2</mn>
 </msup>
</math></span></span>
</p>



<p class="Input">
 <img src="HTMLFiles/Lecture-22_3.gif" alt="h = x^2 ;"  width="74" height="18"  style="vertical-align:middle" />
</p>

<p class="Input">
 <img src="HTMLFiles/Lecture-22_4.gif" alt="YGeneral = a + b x + c x^2 ;"  width="213" height="23"  style="vertical-align:middle" />
</p>

<p class="Message">
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mrow>
   <mi>General</mi>
   <mtext>::</mtext>
   <mi>spell1</mi>
  </mrow>
  <mo>&InvisibleTimes;</mo>
  <mrow>
   <mo>:</mo>
   <mtext> </mtext>
  </mrow>
  <semantics>
   <mrow>
    <mtext>Possible spelling error: new symbol name \&quot;</mtext>
    <mi>YGeneral</mi>
    <mtext>\&quot; is similar to existing symbol \&quot;</mtext>
    <mi>General</mi>
    <mtext>\&quot;. </mtext>
    <maction actiontype='highlight'>
     <mi>More&hellip;</mi>
    </maction>
   </mrow>
   <annotation encoding='Mathematica'>&quot;Possible spelling error: new symbol name \\\&quot;\\!\\(YGeneral\\)\\\&quot; is similar to existing symbol \\\&quot;\\!\\(General\\)\\\&quot;. \\!\\(\\*ButtonBox[\\\&quot;More\[Ellipsis]\\\&quot;, ButtonStyle-&gt;\\\&quot;RefGuideLinkText\\\&quot;, ButtonFrame-&gt;None, ButtonData:&gt;\\\&quot;General::spell1\\\&quot;]\\)&quot;</annotation>
  </semantics>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Text">
 The general path must satisfy the boundary conditions:
</p>



<p class="Input">
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mi>YSatisifyingBCs</mi>
  <mtext> </mtext>
  <mo>=</mo>
  <mtext> </mtext>
  <mrow>
   <mi>YGeneral</mi>
   <mo>/.</mo>
   <mrow>
    <mo>(</mo>
    <mrow>
     <mrow>
      <mi>Solve</mi>
      <mo>[</mo>
      <mrow>
       <mrow>
        <mo>{</mo>
        <mrow>
         <mrow>
          <mrow>
           <mo>(</mo>
           <mrow>
            <mi>YGeneral</mi>
            <mo>/.</mo>
            <mrow>
             <mi>x</mi>
             <mo>&rightarrow;</mo>
             <mn>0</mn>
            </mrow>
           </mrow>
           <mo>)</mo>
          </mrow>
          <mo>&Equal;</mo>
          <mn>0</mn>
         </mrow>
         <mo>,</mo>
         <mrow>
          <mrow>
           <mo>(</mo>
           <mrow>
            <mi>YGeneral</mi>
            <mo>/.</mo>
            <mrow>
             <mi>x</mi>
             <mo>&rightarrow;</mo>
             <mn>1</mn>
            </mrow>
           </mrow>
           <mo>)</mo>
          </mrow>
          <mo>&Equal;</mo>
          <mn>1</mn>
         </mrow>
        </mrow>
        <mo>}</mo>
       </mrow>
       <mo>,</mo>
       <mrow>
        <mo>{</mo>
        <mrow>
         <mi>a</mi>
         <mo>,</mo>
         <mi>c</mi>
        </mrow>
        <mo>}</mo>
       </mrow>
      </mrow>
      <mo>]</mo>
     </mrow>
     <mo>//</mo>
     <mi>Flatten</mi>
    </mrow>
    <mo>)</mo>
   </mrow>
  </mrow>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Output">
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mrow>
   <mi>b</mi>
   <mo>&InvisibleTimes;</mo>
   <mi>x</mi>
  </mrow>
  <mo>+</mo>
  <mrow>
   <mrow>
    <mo>(</mo>
    <mrow>
     <mn>1</mn>
     <mo>-</mo>
     <mi>b</mi>
    </mrow>
    <mo>)</mo>
   </mrow>
   <mo>&InvisibleTimes;</mo>
   <msup>
    <mi>x</mi>
    <mn>2</mn>
   </msup>
  </mrow>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Text">
 There is one remaining free variable, it can be determined by minimizing the integral
</p>



<p class="Input">
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mi>TimeIntegral</mi>
  <mtext> </mtext>
  <mo>=</mo>
  <mtext> </mtext>
  <mrow>
   <mi>Integrate</mi>
   <mo>[</mo>
   <mrow>
    <mrow>
     <mi>Sqrt</mi>
     <mo>[</mo>
     <mrow>
      <mn>1</mn>
      <mtext> </mtext>
      <mo>+</mo>
      <mtext> </mtext>
      <mrow>
       <mrow>
        <mo>(</mo>
        <mrow>
         <mi>D</mi>
         <mo>[</mo>
         <mrow>
          <mi>YSatisifyingBCs</mi>
          <mo>,</mo>
          <mi>x</mi>
         </mrow>
         <mo>]</mo>
        </mrow>
        <mo>)</mo>
       </mrow>
       <mo>^</mo>
       <mn>2</mn>
      </mrow>
      <mtext> </mtext>
      <mo>+</mo>
      <mtext> </mtext>
      <mrow>
       <mrow>
        <mo>(</mo>
        <mrow>
         <mi>D</mi>
         <mo>[</mo>
         <mrow>
          <mi>h</mi>
          <mo>,</mo>
          <mi>x</mi>
         </mrow>
         <mo>]</mo>
        </mrow>
        <mo>)</mo>
       </mrow>
       <mo>^</mo>
       <mn>2</mn>
      </mrow>
     </mrow>
     <mo>]</mo>
    </mrow>
    <mo>,</mo>
    <mi>x</mi>
   </mrow>
   <mo>]</mo>
  </mrow>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Output">
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mrow>
   <mrow>
    <mo>(</mo>
    <mrow>
     <mrow>
      <mo>-</mo>
      <mfrac>
       <mrow>
        <mrow>
         <mo>(</mo>
         <mrow>
          <mrow>
           <mo>-</mo>
           <mn>1</mn>
          </mrow>
          <mo>+</mo>
          <mi>b</mi>
         </mrow>
         <mo>)</mo>
        </mrow>
        <mo>&InvisibleTimes;</mo>
        <mi>b</mi>
       </mrow>
       <mrow>
        <mn>4</mn>
        <mo>&InvisibleTimes;</mo>
        <mrow>
         <mo>(</mo>
         <mrow>
          <mn>2</mn>
          <mo>-</mo>
          <mrow>
           <mn>2</mn>
           <mo>&InvisibleTimes;</mo>
           <mi>b</mi>
          </mrow>
          <mo>+</mo>
          <msup>
           <mi>b</mi>
           <mn>2</mn>
          </msup>
         </mrow>
         <mo>)</mo>
        </mrow>
       </mrow>
      </mfrac>
     </mrow>
     <mo>+</mo>
     <mfrac>
      <mi>x</mi>
      <mn>2</mn>
     </mfrac>
    </mrow>
    <mo>)</mo>
   </mrow>
   <mo>&InvisibleTimes;</mo>
   <msqrt>
    <mrow>
     <mn>1</mn>
     <mo>+</mo>
     <mrow>
      <msup>
       <mi>b</mi>
       <mn>2</mn>
      </msup>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <msup>
       <mrow>
        <mo>(</mo>
        <mrow>
         <mn>1</mn>
         <mo>-</mo>
         <mrow>
          <mn>2</mn>
          <mo>&InvisibleTimes;</mo>
          <mi>x</mi>
         </mrow>
        </mrow>
        <mo>)</mo>
       </mrow>
       <mn>2</mn>
      </msup>
     </mrow>
     <mo>+</mo>
     <mrow>
      <mn>4</mn>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <mi>b</mi>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <mrow>
       <mo>(</mo>
       <mrow>
        <mn>1</mn>
        <mo>-</mo>
        <mrow>
         <mn>2</mn>
         <mo>&InvisibleTimes;</mo>
         <mi>x</mi>
        </mrow>
       </mrow>
       <mo>)</mo>
      </mrow>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <mi>x</mi>
     </mrow>
     <mo>+</mo>
     <mrow>
      <mn>8</mn>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <msup>
       <mi>x</mi>
       <mn>2</mn>
      </msup>
     </mrow>
    </mrow>
   </msqrt>
  </mrow>
  <mo>+</mo>
  <mfrac>
   <mrow>
    <mrow>
     <mo>(</mo>
     <mrow>
      <mn>1</mn>
      <mo>-</mo>
      <mi>b</mi>
      <mo>+</mo>
      <msup>
       <mi>b</mi>
       <mn>2</mn>
      </msup>
     </mrow>
     <mo>)</mo>
    </mrow>
    <mo>&InvisibleTimes;</mo>
    <mrow>
     <mi>Log</mi>
     <mo>[</mo>
     <mrow>
      <mn>2</mn>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <mrow>
       <mo>(</mo>
       <mrow>
        <msqrt>
         <mrow>
          <mn>1</mn>
          <mo>+</mo>
          <mrow>
           <msup>
            <mi>b</mi>
            <mn>2</mn>
           </msup>
           <mo>&InvisibleTimes;</mo>
           <msup>
            <mrow>
             <mo>(</mo>
             <mrow>
              <mn>1</mn>
              <mo>-</mo>
              <mrow>
               <mn>2</mn>
               <mo>&InvisibleTimes;</mo>
               <mi>x</mi>
              </mrow>
             </mrow>
             <mo>)</mo>
            </mrow>
            <mn>2</mn>
           </msup>
          </mrow>
          <mo>+</mo>
          <mrow>
           <mn>4</mn>
           <mo>&InvisibleTimes;</mo>
           <mi>b</mi>
           <mo>&InvisibleTimes;</mo>
           <mrow>
            <mo>(</mo>
            <mrow>
             <mn>1</mn>
             <mo>-</mo>
             <mrow>
              <mn>2</mn>
              <mo>&InvisibleTimes;</mo>
              <mi>x</mi>
             </mrow>
            </mrow>
            <mo>)</mo>
           </mrow>
           <mo>&InvisibleTimes;</mo>
           <mi>x</mi>
          </mrow>
          <mo>+</mo>
          <mrow>
           <mn>8</mn>
           <mo>&InvisibleTimes;</mo>
           <msup>
            <mi>x</mi>
            <mn>2</mn>
           </msup>
          </mrow>
         </mrow>
        </msqrt>
        <mo>+</mo>
        <mfrac>
         <mrow>
          <mi>b</mi>
          <mo>+</mo>
          <mrow>
           <mn>4</mn>
           <mo>&InvisibleTimes;</mo>
           <mi>x</mi>
          </mrow>
          <mo>-</mo>
          <mrow>
           <mn>4</mn>
           <mo>&InvisibleTimes;</mo>
           <mi>b</mi>
           <mo>&InvisibleTimes;</mo>
           <mi>x</mi>
          </mrow>
          <mo>+</mo>
          <mrow>
           <msup>
            <mi>b</mi>
            <mn>2</mn>
           </msup>
           <mo>&InvisibleTimes;</mo>
           <mrow>
            <mo>(</mo>
            <mrow>
             <mrow>
              <mo>-</mo>
              <mn>1</mn>
             </mrow>
             <mo>+</mo>
             <mrow>
              <mn>2</mn>
              <mo>&InvisibleTimes;</mo>
              <mi>x</mi>
             </mrow>
            </mrow>
            <mo>)</mo>
           </mrow>
          </mrow>
         </mrow>
         <msqrt>
          <mrow>
           <mn>2</mn>
           <mo>-</mo>
           <mrow>
            <mn>2</mn>
            <mo>&InvisibleTimes;</mo>
            <mi>b</mi>
           </mrow>
           <mo>+</mo>
           <msup>
            <mi>b</mi>
            <mn>2</mn>
           </msup>
          </mrow>
         </msqrt>
        </mfrac>
       </mrow>
       <mo>)</mo>
      </mrow>
     </mrow>
     <mo>]</mo>
    </mrow>
   </mrow>
   <mrow>
    <mn>2</mn>
    <mo>&InvisibleTimes;</mo>
    <msup>
     <mrow>
      <mo>(</mo>
      <mrow>
       <mn>2</mn>
       <mo>-</mo>
       <mrow>
        <mn>2</mn>
        <mo>&InvisibleTimes;</mo>
        <mi>b</mi>
       </mrow>
       <mo>+</mo>
       <msup>
        <mi>b</mi>
        <mn>2</mn>
       </msup>
      </mrow>
      <mo>)</mo>
     </mrow>
     <mrow>
      <mn>3</mn>
      <mo>/</mo>
      <mn>2</mn>
     </mrow>
    </msup>
   </mrow>
  </mfrac>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Input">
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mi>Time</mi>
  <mtext> </mtext>
  <mo>=</mo>
  <mtext> </mtext>
  <mrow>
   <mi>Simplify</mi>
   <mo>[</mo>
   <mrow>
    <mrow>
     <mo>(</mo>
     <mrow>
      <mi>TimeIntegral</mi>
      <mo>/.</mo>
      <mrow>
       <mi>x</mi>
       <mo>&rightarrow;</mo>
       <mn>1</mn>
      </mrow>
     </mrow>
     <mo>)</mo>
    </mrow>
    <mtext> </mtext>
    <mo>-</mo>
    <mtext> </mtext>
    <mrow>
     <mo>(</mo>
     <mrow>
      <mi>TimeIntegral</mi>
      <mo>/.</mo>
      <mrow>
       <mi>x</mi>
       <mo>&rightarrow;</mo>
       <mn>0</mn>
      </mrow>
     </mrow>
     <mo>)</mo>
    </mrow>
   </mrow>
   <mo>]</mo>
  </mrow>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Message">
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mrow>
   <mi>General</mi>
   <mtext>::</mtext>
   <mi>spell1</mi>
  </mrow>
  <mo>&InvisibleTimes;</mo>
  <mrow>
   <mo>:</mo>
   <mtext> </mtext>
  </mrow>
  <semantics>
   <mrow>
    <mtext>Possible spelling error: new symbol name \&quot;</mtext>
    <mi>Time</mi>
    <mtext>\&quot; is similar to existing symbol \&quot;</mtext>
    <mi>Times</mi>
    <mtext>\&quot;. </mtext>
    <maction actiontype='highlight'>
     <mi>More&hellip;</mi>
    </maction>
   </mrow>
   <annotation encoding='Mathematica'>&quot;Possible spelling error: new symbol name \\\&quot;\\!\\(Time\\)\\\&quot; is similar to existing symbol \\\&quot;\\!\\(Times\\)\\\&quot;. \\!\\(\\*ButtonBox[\\\&quot;More\[Ellipsis]\\\&quot;, ButtonStyle-&gt;\\\&quot;RefGuideLinkText\\\&quot;, ButtonFrame-&gt;None, ButtonData:&gt;\\\&quot;General::spell1\\\&quot;]\\)&quot;</annotation>
  </semantics>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Output">
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mfrac>
   <mn>1</mn>
   <mn>4</mn>
  </mfrac>
  <mo>&InvisibleTimes;</mo>
  <mrow>
   <mo>(</mo>
   <mrow>
    <mfrac>
     <mrow>
      <mrow>
       <mo>(</mo>
       <mrow>
        <mrow>
         <mo>-</mo>
         <mn>1</mn>
        </mrow>
        <mo>+</mo>
        <mi>b</mi>
       </mrow>
       <mo>)</mo>
      </mrow>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <mi>b</mi>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <msqrt>
       <mrow>
        <mn>1</mn>
        <mo>+</mo>
        <msup>
         <mi>b</mi>
         <mn>2</mn>
        </msup>
       </mrow>
      </msqrt>
     </mrow>
     <mrow>
      <mn>2</mn>
      <mo>-</mo>
      <mrow>
       <mn>2</mn>
       <mo>&InvisibleTimes;</mo>
       <mi>b</mi>
      </mrow>
      <mo>+</mo>
      <msup>
       <mi>b</mi>
       <mn>2</mn>
      </msup>
     </mrow>
    </mfrac>
    <mo>+</mo>
    <mfrac>
     <mrow>
      <msqrt>
       <mrow>
        <mn>9</mn>
        <mo>-</mo>
        <mrow>
         <mn>4</mn>
         <mo>&InvisibleTimes;</mo>
         <mi>b</mi>
        </mrow>
        <mo>+</mo>
        <msup>
         <mi>b</mi>
         <mn>2</mn>
        </msup>
       </mrow>
      </msqrt>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <mrow>
       <mo>(</mo>
       <mrow>
        <mn>4</mn>
        <mo>-</mo>
        <mrow>
         <mn>3</mn>
         <mo>&InvisibleTimes;</mo>
         <mi>b</mi>
        </mrow>
        <mo>+</mo>
        <msup>
         <mi>b</mi>
         <mn>2</mn>
        </msup>
       </mrow>
       <mo>)</mo>
      </mrow>
     </mrow>
     <mrow>
      <mn>2</mn>
      <mo>-</mo>
      <mrow>
       <mn>2</mn>
       <mo>&InvisibleTimes;</mo>
       <mi>b</mi>
      </mrow>
      <mo>+</mo>
      <msup>
       <mi>b</mi>
       <mn>2</mn>
      </msup>
     </mrow>
    </mfrac>
    <mo>-</mo>
    <mfrac>
     <mrow>
      <mn>2</mn>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <mrow>
       <mo>(</mo>
       <mrow>
        <mn>1</mn>
        <mo>-</mo>
        <mi>b</mi>
        <mo>+</mo>
        <msup>
         <mi>b</mi>
         <mn>2</mn>
        </msup>
       </mrow>
       <mo>)</mo>
      </mrow>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <mrow>
       <mi>Log</mi>
       <mo>[</mo>
       <mrow>
        <mn>2</mn>
        <mo>&InvisibleTimes;</mo>
        <mrow>
         <mo>(</mo>
         <mrow>
          <msqrt>
           <mrow>
            <mn>1</mn>
            <mo>+</mo>
            <msup>
             <mi>b</mi>
             <mn>2</mn>
            </msup>
           </mrow>
          </msqrt>
          <mo>-</mo>
          <mfrac>
           <mrow>
            <mrow>
             <mo>(</mo>
             <mrow>
              <mrow>
               <mo>-</mo>
               <mn>1</mn>
              </mrow>
              <mo>+</mo>
              <mi>b</mi>
             </mrow>
             <mo>)</mo>
            </mrow>
            <mo>&InvisibleTimes;</mo>
            <mi>b</mi>
           </mrow>
           <msqrt>
            <mrow>
             <mn>2</mn>
             <mo>-</mo>
             <mrow>
              <mn>2</mn>
              <mo>&InvisibleTimes;</mo>
              <mi>b</mi>
             </mrow>
             <mo>+</mo>
             <msup>
              <mi>b</mi>
              <mn>2</mn>
             </msup>
            </mrow>
           </msqrt>
          </mfrac>
         </mrow>
         <mo>)</mo>
        </mrow>
       </mrow>
       <mo>]</mo>
      </mrow>
     </mrow>
     <msup>
      <mrow>
       <mo>(</mo>
       <mrow>
        <mn>2</mn>
        <mo>-</mo>
        <mrow>
         <mn>2</mn>
         <mo>&InvisibleTimes;</mo>
         <mi>b</mi>
        </mrow>
        <mo>+</mo>
        <msup>
         <mi>b</mi>
         <mn>2</mn>
        </msup>
       </mrow>
       <mo>)</mo>
      </mrow>
      <mrow>
       <mn>3</mn>
       <mo>/</mo>
       <mn>2</mn>
      </mrow>
     </msup>
    </mfrac>
    <mo>+</mo>
    <mfrac>
     <mrow>
      <mn>2</mn>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <mrow>
       <mo>(</mo>
       <mrow>
        <mn>1</mn>
        <mo>-</mo>
        <mi>b</mi>
        <mo>+</mo>
        <msup>
         <mi>b</mi>
         <mn>2</mn>
        </msup>
       </mrow>
       <mo>)</mo>
      </mrow>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <mrow>
       <mi>Log</mi>
       <mo>[</mo>
       <mrow>
        <mn>2</mn>
        <mo>&InvisibleTimes;</mo>
        <mrow>
         <mo>(</mo>
         <mrow>
          <msqrt>
           <mrow>
            <mn>9</mn>
            <mo>-</mo>
            <mrow>
             <mn>4</mn>
             <mo>&InvisibleTimes;</mo>
             <mi>b</mi>
            </mrow>
            <mo>+</mo>
            <msup>
             <mi>b</mi>
             <mn>2</mn>
            </msup>
           </mrow>
          </msqrt>
          <mo>+</mo>
          <mfrac>
           <mrow>
            <mn>4</mn>
            <mo>-</mo>
            <mrow>
             <mn>3</mn>
             <mo>&InvisibleTimes;</mo>
             <mi>b</mi>
            </mrow>
            <mo>+</mo>
            <msup>
             <mi>b</mi>
             <mn>2</mn>
            </msup>
           </mrow>
           <msqrt>
            <mrow>
             <mn>2</mn>
             <mo>-</mo>
             <mrow>
              <mn>2</mn>
              <mo>&InvisibleTimes;</mo>
              <mi>b</mi>
             </mrow>
             <mo>+</mo>
             <msup>
              <mi>b</mi>
              <mn>2</mn>
             </msup>
            </mrow>
           </msqrt>
          </mfrac>
         </mrow>
         <mo>)</mo>
        </mrow>
       </mrow>
       <mo>]</mo>
      </mrow>
     </mrow>
     <msup>
      <mrow>
       <mo>(</mo>
       <mrow>
        <mn>2</mn>
        <mo>-</mo>
        <mrow>
         <mn>2</mn>
         <mo>&InvisibleTimes;</mo>
         <mi>b</mi>
        </mrow>
        <mo>+</mo>
        <msup>
         <mi>b</mi>
         <mn>2</mn>
        </msup>
       </mrow>
       <mo>)</mo>
      </mrow>
      <mrow>
       <mn>3</mn>
       <mo>/</mo>
       <mn>2</mn>
      </mrow>
     </msup>
    </mfrac>
   </mrow>
   <mo>)</mo>
  </mrow>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Input">
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mi>Plot</mi>
  <mo>[</mo>
  <mrow>
   <mi>Time</mi>
   <mo>,</mo>
   <mrow>
    <mo>{</mo>
    <mrow>
     <mi>b</mi>
     <mo>,</mo>
     <mrow>
      <mo>-</mo>
      <mn>2</mn>
     </mrow>
     <mo>,</mo>
     <mn>2</mn>
    </mrow>
    <mo>}</mo>
   </mrow>
  </mrow>
  <mo>]</mo>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Graphics">
 <img src="HTMLFiles/Lecture-22_5.gif" alt="[Graphics:HTMLFiles/Lecture-22_5.gif]"  width="576" height="356"  style="vertical-align:middle" />
</p>

<p class="Output">
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mo>&hybull;</mo>
  <mo>&InvisibleTimes;</mo>
  <mi>Graphics</mi>
  <mo>&InvisibleTimes;</mo>
  <mo>&hybull;</mo>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Text">
 OK, the time is a minimum somewhere on the interval 0 &lt; <span style='font-style: italic;'>b </span>&lt; 1.&nbsp;&nbsp;Solving for the value of <span style='font-style: italic;'>b</span> at the minimum:
</p>



<p class="Input">
 <a id="mmtag_22_FindMinimumxx"></a>
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mi>Bminsol</mi>
  <mtext> </mtext>
  <mo>=</mo>
  <mtext> </mtext>
  <mrow>
   <mi>FindMinimum</mi>
   <mo>[</mo>
   <mrow>
    <mi>Time</mi>
    <mo>,</mo>
    <mrow>
     <mo>{</mo>
     <mrow>
      <mi>b</mi>
      <mo>,</mo>
      <mn>0</mn>
      <mo>,</mo>
      <mn>1</mn>
     </mrow>
     <mo>}</mo>
    </mrow>
   </mrow>
   <mo>]</mo>
  </mrow>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Output">
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mo>{</mo>
  <mrow>
   <mn>1.7856694574497398</mn>
   <mo>,</mo>
   <mrow>
    <mo>{</mo>
    <mrow>
     <mi>b</mi>
     <mo>&rightarrow;</mo>
     <mn>0.5738513944467644</mn>
    </mrow>
    <mo>}</mo>
   </mrow>
  </mrow>
  <mo>}</mo>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Subsubsection">
 Now we can write the desired fuction that minimizes the time and plot it:
</p>



<p class="Input">
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mi>YCubicSolution</mi>
  <mtext> </mtext>
  <mo>=</mo>
  <mtext> </mtext>
  <mrow>
   <mi>YSatisifyingBCs</mi>
   <mo>/.</mo>
   <mrow>
    <mi>Bminsol</mi>
    <mo>[</mo>
    <mrow>
     <mo>[</mo>
     <mn>2</mn>
     <mo>]</mo>
    </mrow>
    <mo>]</mo>
   </mrow>
  </mrow>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Output">
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mrow>
   <mn>0.5738513944467644</mn>
   <mtext> </mtext>
   <mi>x</mi>
  </mrow>
  <mo>+</mo>
  <mrow>
   <mn>0.42614860555323564</mn>
   <mtext> </mtext>
   <msup>
    <mi>x</mi>
    <mn>2</mn>
   </msup>
  </mrow>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Input">
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mi>ApproxSolution</mi>
  <mtext> </mtext>
  <mo>=</mo>
  <mtext> </mtext>
  <mrow>
   <mi>Plot</mi>
   <mo>[</mo>
   <mrow>
    <mi>YCubicSolution</mi>
    <mo>,</mo>
    <mrow>
     <mo>{</mo>
     <mrow>
      <mi>x</mi>
      <mo>,</mo>
      <mn>0</mn>
      <mo>,</mo>
      <mn>1</mn>
     </mrow>
     <mo>}</mo>
    </mrow>
   </mrow>
   <mo>]</mo>
  </mrow>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Graphics">
 <img src="HTMLFiles/Lecture-22_6.gif" alt="[Graphics:HTMLFiles/Lecture-22_6.gif]"  width="576" height="356"  style="vertical-align:middle" />
</p>

<p class="Output">
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mo>&hybull;</mo>
  <mo>&InvisibleTimes;</mo>
  <mi>Graphics</mi>
  <mo>&InvisibleTimes;</mo>
  <mo>&hybull;</mo>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Text">
 The exact minimizing path can be found by using Calculus of Variations. The solution is obtained from a boundary-value problem which we do not take up at this point, but it is interesting to see the exact solution and compare it with the approximate one we obtained above.&nbsp;&nbsp;The closed-form expression for the function that minimizes the climbing time is:
</p>



<p class="Input">
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mtext>&#62371;</mtext>
  <mrow>
   <mrow>
    <mi>YExactSolution</mi>
    <mtext> </mtext>
    <mo>=</mo>
    <mtext> </mtext>
    <mfrac>
     <mrow>
      <mo>(</mo>
      <mrow>
       <mrow>
        <mn>2</mn>
        <mo>&InvisibleTimes;</mo>
        <mi>x</mi>
        <mo>&InvisibleTimes;</mo>
        <msqrt>
         <mrow>
          <mn>1</mn>
          <mo>+</mo>
          <mrow>
           <mn>4</mn>
           <mo>&InvisibleTimes;</mo>
           <msup>
            <mi>x</mi>
            <mn>2</mn>
           </msup>
          </mrow>
         </mrow>
        </msqrt>
       </mrow>
       <mo>+</mo>
       <mtext> </mtext>
       <mrow>
        <mi>ArcSinh</mi>
        <mo>[</mo>
        <mrow>
         <mn>2</mn>
         <mo>&InvisibleTimes;</mo>
         <mi>x</mi>
        </mrow>
        <mo>]</mo>
       </mrow>
      </mrow>
      <mo>)</mo>
     </mrow>
     <mrow>
      <mo>(</mo>
      <mrow>
       <mrow>
        <mn>2</mn>
        <mo>&InvisibleTimes;</mo>
        <msqrt>
         <mn>5</mn>
        </msqrt>
       </mrow>
       <mo>+</mo>
       <mrow>
        <mi>ArcSinh</mi>
        <mo>[</mo>
        <mn>2</mn>
        <mo>]</mo>
       </mrow>
      </mrow>
      <mo>)</mo>
     </mrow>
    </mfrac>
   </mrow>
   <mo>;</mo>
  </mrow>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Text">
 and a series approimation to this function is:
</p>



<p class="Input">
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mrow>
   <mrow>
    <mi>Series</mi>
    <mo>[</mo>
    <mrow>
     <mi>YExactSolution</mi>
     <mo>,</mo>
     <mrow>
      <mo>{</mo>
      <mrow>
       <mi>x</mi>
       <mo>,</mo>
       <mn>0</mn>
       <mo>,</mo>
       <mn>6</mn>
      </mrow>
      <mo>}</mo>
     </mrow>
    </mrow>
    <mo>]</mo>
   </mrow>
   <mo>//</mo>
   <mi>Normal</mi>
  </mrow>
  <mo>//</mo>
  <mi>N</mi>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Output">
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mrow>
   <mn>0.6761586459535304</mn>
   <mtext> </mtext>
   <mi>x</mi>
  </mrow>
  <mo>+</mo>
  <mrow>
   <mn>0.4507724306356869</mn>
   <mtext> </mtext>
   <msup>
    <mi>x</mi>
    <mn>3</mn>
   </msup>
  </mrow>
  <mo>-</mo>
  <mrow>
   <mn>0.27046345838141217</mn>
   <mtext> </mtext>
   <msup>
    <mi>x</mi>
    <mn>5</mn>
   </msup>
  </mrow>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Subsubsection">
 Now plot the exact solution and compare it to our calculated approximation...
</p>



<p class="Input">
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mi>ExactSolution</mi>
  <mo>=</mo>
  <mtext> </mtext>
  <mrow>
   <mi>Plot</mi>
   <mo>[</mo>
   <mrow>
    <mi>YExactSolution</mi>
    <mo>,</mo>
    <mrow>
     <mo>{</mo>
     <mrow>
      <mi>x</mi>
      <mo>,</mo>
      <mn>0</mn>
      <mo>,</mo>
      <mn>1</mn>
     </mrow>
     <mo>}</mo>
    </mrow>
    <mo>,</mo>
    <mrow>
     <mi>PlotStyle</mi>
     <mo>&rightarrow;</mo>
     <mrow>
      <mo>{</mo>
      <mrow>
       <mrow>
        <mi>Thickness</mi>
        <mo>[</mo>
        <mn>0.005</mn>
        <mo>]</mo>
       </mrow>
       <mo>,</mo>
       <mrow>
        <mi>Hue</mi>
        <mo>[</mo>
        <mn>1</mn>
        <mo>]</mo>
       </mrow>
      </mrow>
      <mo>}</mo>
     </mrow>
    </mrow>
   </mrow>
   <mo>]</mo>
  </mrow>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Message">
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mrow>
   <mi>General</mi>
   <mtext>::</mtext>
   <mi>spell1</mi>
  </mrow>
  <mo>&InvisibleTimes;</mo>
  <mrow>
   <mo>:</mo>
   <mtext> </mtext>
  </mrow>
  <semantics>
   <mrow>
    <mtext>Possible spelling error: new symbol name \&quot;</mtext>
    <mi>ExactSolution</mi>
    <mtext>\&quot; is similar to existing symbol \&quot;</mtext>
    <mi>YExactSolution</mi>
    <mtext>\&quot;. </mtext>
    <maction actiontype='highlight'>
     <mi>More&hellip;</mi>
    </maction>
   </mrow>
   <annotation encoding='Mathematica'>&quot;Possible spelling error: new symbol name \\\&quot;\\!\\(ExactSolution\\)\\\&quot; is similar to existing symbol \\\&quot;\\!\\(YExactSolution\\)\\\&quot;. \\!\\(\\*ButtonBox[\\\&quot;More\[Ellipsis]\\\&quot;, ButtonStyle-&gt;\\\&quot;RefGuideLinkText\\\&quot;, ButtonFrame-&gt;None, ButtonData:&gt;\\\&quot;General::spell1\\\&quot;]\\)&quot;</annotation>
  </semantics>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Graphics">
 <img src="HTMLFiles/Lecture-22_7.gif" alt="[Graphics:HTMLFiles/Lecture-22_7.gif]"  width="576" height="356"  style="vertical-align:middle" />
</p>

<p class="Output">
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mo>&hybull;</mo>
  <mo>&InvisibleTimes;</mo>
  <mi>Graphics</mi>
  <mo>&InvisibleTimes;</mo>
  <mo>&hybull;</mo>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Input">
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mi>Show</mi>
  <mo>[</mo>
  <mrow>
   <mi>ApproxSolution</mi>
   <mo>,</mo>
   <mi>ExactSolution</mi>
  </mrow>
  <mo>]</mo>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Graphics">
 <img src="HTMLFiles/Lecture-22_8.gif" alt="[Graphics:HTMLFiles/Lecture-22_8.gif]"  width="576" height="356"  style="vertical-align:middle" />
</p>

<p class="Output">
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mo>&hybull;</mo>
  <mo>&InvisibleTimes;</mo>
  <mi>Graphics</mi>
  <mo>&InvisibleTimes;</mo>
  <mo>&hybull;</mo>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Subsubsection">
 These two curves are very close!
</p>



<hr />

<table><tr>
<td style='font-family: Helvetica; font-size: 10px; width: 100%'>Created by
 <a href="http://www.wolfram.com"><span style='font-style: italic'>Mathematica</span></a>
 &nbsp;(November 23, 2005)</td>
<td><img src='http://www.w3.org/Icons/valid-xhtml11.gif'
 alt='Valid XHTML 1.1!' height='31' width='88' /></td>
</tr></table>
</body>

</html>
