<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<?xml-stylesheet type="text/xsl" href="HTMLFiles/pmathml.xsl"?>
<!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD XHTML 1.1 plus MathML 2.0//EN"
        "HTMLFiles/xhtml-math11-f.dtd">

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

<html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml">
<head>
 <title>
  Lecture 23 MIT 3.016 (Fall 2005)&nbsp;&nbsp;&nbsp;&copy; W. Craig Carter 2003-2005
 </title>
 <link href="HTMLFiles/Lecture-23.css" rel="stylesheet" type="text/css" />
</head>

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

<p class="Title">
 Resonance Phenomena
</p>



<p class="Subtitle">
 Resonance phenomena simulated by finite differences and biased noise inputs
</p>



<p class="Text">
 In Lecture-21.nb, a second-order differencing scheme that iteratively solved&nbsp;&nbsp;y'' + &beta;y' + &gamma;y=0&nbsp;&nbsp;with the specification of two initial values.<br />Modify this to add a little random noise to y[i] at each step and observe how this behaves---this version will store the noise added at each iteration so that it can be visualized later....
</p>



<p class="Input">
 <a id="mmtag_23_noise__addition_to_simulated_differential_equation"></a>
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mrow>
   <mi>GrowListGeneralNoise</mi>
   <mo>[</mo>
   <mrow>
    <mtext>ValuesList_List</mtext>
    <mo>,</mo>
    <mtext> </mtext>
    <mtext>&Delta;_</mtext>
    <mtext> </mtext>
    <mo>,</mo>
    <mtext> </mtext>
    <mtext>&alpha;_</mtext>
    <mtext> </mtext>
    <mo>,</mo>
    <mtext> </mtext>
    <mtext>&beta;_</mtext>
    <mo>,</mo>
    <mtext>randomamp_</mtext>
   </mrow>
   <mo>]</mo>
  </mrow>
  <mtext> </mtext>
  <mo>:=</mo>
  <mrow>
   <mi>Module</mi>
   <mo>[</mo>
   <mrow>
    <mrow>
     <mo>{</mo>
     <mrow>
      <mrow>
       <mi>Minus1</mi>
       <mo>=</mo>
       <mrow>
        <mi>ValuesList</mi>
        <mo>[</mo>
        <mrow>
         <mo>[</mo>
         <mrow>
          <mn>1</mn>
          <mo>,</mo>
          <mrow>
           <mo>-</mo>
           <mn>1</mn>
          </mrow>
         </mrow>
         <mo>]</mo>
        </mrow>
        <mo>]</mo>
       </mrow>
      </mrow>
      <mo>,</mo>
      <mtext> </mtext>
      <mrow>
       <mi>Minus2</mi>
       <mtext> </mtext>
       <mo>=</mo>
       <mtext> </mtext>
       <mrow>
        <mi>ValuesList</mi>
        <mo>[</mo>
        <mrow>
         <mo>[</mo>
         <mrow>
          <mn>1</mn>
          <mo>,</mo>
          <mrow>
           <mo>-</mo>
           <mn>2</mn>
          </mrow>
         </mrow>
         <mo>]</mo>
        </mrow>
        <mo>]</mo>
       </mrow>
      </mrow>
      <mo>,</mo>
      <mtext> </mtext>
      <mrow>
       <mi>noise</mi>
       <mtext> </mtext>
       <mo>=</mo>
       <mtext> </mtext>
       <mrow>
        <mi>Random</mi>
        <mo>[</mo>
        <mrow>
         <mi>Real</mi>
         <mo>,</mo>
         <mrow>
          <mo>{</mo>
          <mrow>
           <mrow>
            <mo>-</mo>
            <mi>randomamp</mi>
           </mrow>
           <mo>,</mo>
           <mi>randomamp</mi>
          </mrow>
          <mo>}</mo>
         </mrow>
        </mrow>
        <mo>]</mo>
       </mrow>
      </mrow>
     </mrow>
     <mo>}</mo>
    </mrow>
    <mo>,</mo>
    <mtext>&#62371;</mtext>
    <mrow>
     <mo>{</mo>
     <mtext>&#62371;</mtext>
     <mrow>
      <mrow>
       <mi>Append</mi>
       <mo>[</mo>
       <mrow>
        <mrow>
         <mi>ValuesList</mi>
         <mo>[</mo>
         <mrow>
          <mo>[</mo>
          <mn>1</mn>
          <mo>]</mo>
         </mrow>
         <mo>]</mo>
        </mrow>
        <mo>,</mo>
        <mtext>&#62371;</mtext>
        <mrow>
         <mrow>
          <mn>2</mn>
          <mo>*</mo>
          <mi>Minus1</mi>
         </mrow>
         <mtext> </mtext>
         <mo>-</mo>
         <mtext> </mtext>
         <mi>Minus2</mi>
         <mtext> </mtext>
         <mo>+</mo>
         <mtext> </mtext>
         <mrow>
          <mi>&Delta;</mi>
          <mtext> </mtext>
          <mo>*</mo>
          <mrow>
           <mo>(</mo>
           <mrow>
            <mrow>
             <mi>&beta;</mi>
             <mo>*</mo>
             <mrow>
              <mo>(</mo>
              <mrow>
               <mi>Minus2</mi>
               <mtext> </mtext>
               <mo>-</mo>
               <mtext> </mtext>
               <mi>Minus1</mi>
              </mrow>
              <mo>)</mo>
             </mrow>
            </mrow>
            <mtext> </mtext>
            <mo>-</mo>
            <mrow>
             <mi>&alpha;</mi>
             <mo>*</mo>
             <mi>&Delta;</mi>
             <mo>*</mo>
             <mi>Minus2</mi>
            </mrow>
           </mrow>
           <mo>)</mo>
          </mrow>
         </mrow>
         <mtext> </mtext>
         <mo>+</mo>
         <mi>noise</mi>
        </mrow>
       </mrow>
       <mo>]</mo>
      </mrow>
      <mo>,</mo>
      <mtext>&#62371;</mtext>
      <mrow>
       <mi>Append</mi>
       <mo>[</mo>
       <mrow>
        <mrow>
         <mi>ValuesList</mi>
         <mo>[</mo>
         <mrow>
          <mo>[</mo>
          <mn>2</mn>
          <mo>]</mo>
         </mrow>
         <mo>]</mo>
        </mrow>
        <mo>,</mo>
        <mi>noise</mi>
       </mrow>
       <mo>]</mo>
      </mrow>
     </mrow>
     <mo>}</mo>
    </mrow>
   </mrow>
   <mo>]</mo>
  </mrow>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Text">
 Setting up a function that takes particular parameters and a &quot;noise amplitude&quot; of <span><span class="TextInline"><math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <msup>
  <mn>10</mn>
  <mrow>
   <mo>-</mo>
   <mn>5</mn>
  </mrow>
 </msup>
</math></span></span>
</p>



<p class="Input">
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mrow>
   <mi>GrowListSpecificNoise</mi>
   <mo>[</mo>
   <mtext>InitialList_List</mtext>
   <mo>]</mo>
  </mrow>
  <mtext>  </mtext>
  <mo>:=</mo>
  <mtext> </mtext>
  <mrow>
   <mi>GrowListGeneralNoise</mi>
   <mo>[</mo>
   <mrow>
    <mi>InitialList</mi>
    <mo>,</mo>
    <mtext>.001</mtext>
    <mo>,</mo>
    <mn>2</mn>
    <mo>,</mo>
    <mn>0</mn>
    <mo>,</mo>
    <mrow>
     <mn>10</mn>
     <mo>^</mo>
     <mrow>
      <mo>(</mo>
      <mrow>
       <mo>-</mo>
       <mn>5</mn>
      </mrow>
      <mo>)</mo>
     </mrow>
    </mrow>
   </mrow>
   <mo>]</mo>
  </mrow>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Input">
 <a id="mmtag_23_Nestxx"></a>
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mi>Nest</mi>
  <mo>[</mo>
  <mrow>
   <mi>GrowListSpecificNoise</mi>
   <mo>,</mo>
   <mrow>
    <mo>{</mo>
    <mrow>
     <mrow>
      <mo>{</mo>
      <mrow>
       <mn>1</mn>
       <mo>,</mo>
       <mn>1</mn>
      </mrow>
      <mo>}</mo>
     </mrow>
     <mo>,</mo>
     <mrow>
      <mo>{</mo>
      <mrow>
       <mn>0</mn>
       <mo>,</mo>
       <mn>0</mn>
      </mrow>
      <mo>}</mo>
     </mrow>
    </mrow>
    <mo>}</mo>
   </mrow>
   <mo>,</mo>
   <mn>10</mn>
  </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>
     <mn>1</mn>
     <mo>,</mo>
     <mn>1</mn>
     <mo>,</mo>
     <mn>0.9999914117795936</mn>
     <mo>,</mo>
     <mn>0.9999843172559986</mn>
     <mo>,</mo>
     <mn>0.999969270477182</mn>
     <mo>,</mo>
     <mn>0.9999428093699526</mn>
     <mo>,</mo>
     <mn>0.9999162597036201</mn>
     <mo>,</mo>
     <mn>0.9998880386207231</mn>
     <mo>,</mo>
     <mn>0.9998566204455593</mn>
     <mo>,</mo>
     <mn>0.9998204523904113</mn>
     <mo>,</mo>
     <mn>0.9997817799724843</mn>
     <mo>,</mo>
     <mn>0.9997317440858904</mn>
    </mrow>
    <mo>}</mo>
   </mrow>
   <mo>,</mo>
   <mrow>
    <mo>{</mo>
    <mrow>
     <mn>0</mn>
     <mo>,</mo>
     <mn>0</mn>
     <mo>,</mo>
     <mrow>
      <mo>-</mo>
      <mn>0.000006588220406492501</mn>
     </mrow>
     <mo>,</mo>
     <mn>0.000003493696811337929</mn>
     <mo>,</mo>
     <mrow>
      <mo>-</mo>
      <mn>0.000005952272398008523</mn>
     </mrow>
     <mo>,</mo>
     <mrow>
      <mo>-</mo>
      <mn>0.00000941435977835451</mn>
     </mrow>
     <mo>,</mo>
     <mn>0.000001911379437887737</mn>
     <mo>,</mo>
     <mrow>
      <mn>3.284690542412207</mn>
      <mo>&times;</mo>
      <msup>
       <mn>10</mn>
       <mrow>
        <mo>-</mo>
        <mn>7</mn>
       </mrow>
      </msup>
     </mrow>
     <mo>,</mo>
     <mrow>
      <mo>-</mo>
      <mn>0.000001197259747345678</mn>
     </mrow>
     <mo>,</mo>
     <mrow>
      <mo>-</mo>
      <mn>0.000002750103907047068</mn>
     </mrow>
     <mo>,</mo>
     <mrow>
      <mo>-</mo>
      <mrow>
       <mn>5.046495380609433</mn>
       <mo>&times;</mo>
       <msup>
        <mn>10</mn>
        <mrow>
         <mo>-</mo>
         <mn>7</mn>
        </mrow>
       </msup>
      </mrow>
     </mrow>
     <mo>,</mo>
     <mrow>
      <mo>-</mo>
      <mn>0.00000936382776220396</mn>
     </mrow>
    </mrow>
    <mo>}</mo>
   </mrow>
  </mrow>
  <mo>}</mo>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Input">
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mrow>
   <mi>TheData</mi>
   <mtext> </mtext>
   <mo>=</mo>
   <mtext> </mtext>
   <mrow>
    <mi>Nest</mi>
    <mo>[</mo>
    <mrow>
     <mi>GrowListSpecificNoise</mi>
     <mo>,</mo>
     <mrow>
      <mo>{</mo>
      <mrow>
       <mrow>
        <mo>{</mo>
        <mrow>
         <mn>1</mn>
         <mo>,</mo>
         <mn>1</mn>
        </mrow>
        <mo>}</mo>
       </mrow>
       <mo>,</mo>
       <mrow>
        <mo>{</mo>
        <mrow>
         <mn>0</mn>
         <mo>,</mo>
         <mn>0</mn>
        </mrow>
        <mo>}</mo>
       </mrow>
      </mrow>
      <mo>}</mo>
     </mrow>
     <mo>,</mo>
     <mn>20000</mn>
    </mrow>
    <mo>]</mo>
   </mrow>
  </mrow>
  <mo>;</mo>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Input">
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mi>ListPlot</mi>
  <mo>[</mo>
  <mrow>
   <mi>TheData</mi>
   <mo>[</mo>
   <mrow>
    <mo>[</mo>
    <mn>1</mn>
    <mo>]</mo>
   </mrow>
   <mo>]</mo>
  </mrow>
  <mo>]</mo>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Graphics">
 <img src="HTMLFiles/Lecture-23_1.gif" alt="[Graphics:HTMLFiles/Lecture-23_1.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">
 <a id="mmtag_23_noise__random"></a>
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mi>ListPlot</mi>
  <mo>[</mo>
  <mrow>
   <mi>TheData</mi>
   <mo>[</mo>
   <mrow>
    <mo>[</mo>
    <mn>2</mn>
    <mo>]</mo>
   </mrow>
   <mo>]</mo>
  </mrow>
  <mo>]</mo>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Graphics">
 <img src="HTMLFiles/Lecture-23_2.gif" alt="[Graphics:HTMLFiles/Lecture-23_2.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">
 Now suppose there is a<span style='font-style: italic;font-weight: bold;'> periodic bias </span> that tends to kick the displacement one direction more than the other:
</p>



<p class="Input">
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mrow>
   <mi>GrowListBiasedNoise</mi>
   <mo>[</mo>
   <mrow>
    <mtext>ValuesList_List</mtext>
    <mo>,</mo>
    <mtext> </mtext>
    <mtext>&Delta;_</mtext>
    <mtext> </mtext>
    <mo>,</mo>
    <mtext> </mtext>
    <mtext>&alpha;_</mtext>
    <mtext> </mtext>
    <mo>,</mo>
    <mtext> </mtext>
    <mtext>&beta;_</mtext>
    <mo>,</mo>
    <mtext>randomamp_</mtext>
    <mo>,</mo>
    <mtext> </mtext>
    <mtext>lambda_</mtext>
   </mrow>
   <mo>]</mo>
  </mrow>
  <mtext> </mtext>
  <mo>:=</mo>
  <mrow>
   <mi>Module</mi>
   <mo>[</mo>
   <mrow>
    <mrow>
     <mo>{</mo>
     <mrow>
      <mrow>
       <mi>Minus1</mi>
       <mo>=</mo>
       <mrow>
        <mi>ValuesList</mi>
        <mo>[</mo>
        <mrow>
         <mo>[</mo>
         <mrow>
          <mn>1</mn>
          <mo>,</mo>
          <mrow>
           <mo>-</mo>
           <mn>1</mn>
          </mrow>
         </mrow>
         <mo>]</mo>
        </mrow>
        <mo>]</mo>
       </mrow>
      </mrow>
      <mo>,</mo>
      <mtext> </mtext>
      <mrow>
       <mi>Minus2</mi>
       <mtext> </mtext>
       <mo>=</mo>
       <mtext> </mtext>
       <mrow>
        <mi>ValuesList</mi>
        <mo>[</mo>
        <mrow>
         <mo>[</mo>
         <mrow>
          <mn>1</mn>
          <mo>,</mo>
          <mrow>
           <mo>-</mo>
           <mn>2</mn>
          </mrow>
         </mrow>
         <mo>]</mo>
        </mrow>
        <mo>]</mo>
       </mrow>
      </mrow>
      <mo>,</mo>
      <mtext> </mtext>
      <mrow>
       <mi>biasednoise</mi>
       <mtext> </mtext>
       <mo>=</mo>
       <mtext> </mtext>
       <mstyle mathcolor='#FF0000'>
        <mrow>
         <mn>0.5</mn>
         <mo>*</mo>
         <mi>randomamp</mi>
         <mo>*</mo>
         <mrow>
          <mo>(</mo>
          <mtext> </mtext>
          <mrow>
           <mrow>
            <mi>Cos</mi>
            <mo>[</mo>
            <mrow>
             <mn>2</mn>
             <mo>&InvisibleTimes;</mo>
             <mi>&pi;</mi>
             <mo>&InvisibleTimes;</mo>
             <mrow>
              <mrow>
               <mi>Length</mi>
               <mo>[</mo>
               <mrow>
                <mi>ValuesList</mi>
                <mo>[</mo>
                <mrow>
                 <mo>[</mo>
                 <mn>1</mn>
                 <mo>]</mo>
                </mrow>
                <mo>]</mo>
               </mrow>
               <mo>]</mo>
              </mrow>
              <mo>/</mo>
              <mi>lambda</mi>
             </mrow>
            </mrow>
            <mo>]</mo>
           </mrow>
           <mo>+</mo>
           <mtext> </mtext>
           <mrow>
            <mi>Random</mi>
            <mo>[</mo>
            <mrow>
             <mi>Real</mi>
             <mo>,</mo>
             <mrow>
              <mo>{</mo>
              <mrow>
               <mrow>
                <mo>-</mo>
                <mn>1</mn>
               </mrow>
               <mo>,</mo>
               <mn>1</mn>
              </mrow>
              <mo>}</mo>
             </mrow>
            </mrow>
            <mo>]</mo>
           </mrow>
          </mrow>
          <mo>)</mo>
         </mrow>
        </mrow>
       </mstyle>
      </mrow>
     </mrow>
     <mtext> </mtext>
     <mo>}</mo>
    </mrow>
    <mo>,</mo>
    <mtext>&#62371;</mtext>
    <mrow>
     <mo>{</mo>
     <mtext>&#62371;</mtext>
     <mrow>
      <mrow>
       <mi>Append</mi>
       <mo>[</mo>
       <mrow>
        <mrow>
         <mi>ValuesList</mi>
         <mo>[</mo>
         <mrow>
          <mo>[</mo>
          <mn>1</mn>
          <mo>]</mo>
         </mrow>
         <mo>]</mo>
        </mrow>
        <mo>,</mo>
        <mtext>&#62371;</mtext>
        <mrow>
         <mrow>
          <mn>2</mn>
          <mo>*</mo>
          <mi>Minus1</mi>
         </mrow>
         <mtext> </mtext>
         <mo>-</mo>
         <mtext> </mtext>
         <mi>Minus2</mi>
         <mtext> </mtext>
         <mo>+</mo>
         <mtext> </mtext>
         <mrow>
          <mi>&Delta;</mi>
          <mtext> </mtext>
          <mo>*</mo>
          <mrow>
           <mo>(</mo>
           <mrow>
            <mrow>
             <mi>&beta;</mi>
             <mo>*</mo>
             <mrow>
              <mo>(</mo>
              <mrow>
               <mi>Minus2</mi>
               <mtext> </mtext>
               <mo>-</mo>
               <mtext> </mtext>
               <mi>Minus1</mi>
              </mrow>
              <mo>)</mo>
             </mrow>
            </mrow>
            <mtext> </mtext>
            <mo>-</mo>
            <mrow>
             <mi>&alpha;</mi>
             <mo>*</mo>
             <mi>&Delta;</mi>
             <mo>*</mo>
             <mi>Minus2</mi>
            </mrow>
           </mrow>
           <mo>)</mo>
          </mrow>
         </mrow>
         <mtext> </mtext>
         <mo>+</mo>
         <mi>biasednoise</mi>
        </mrow>
       </mrow>
       <mo>]</mo>
      </mrow>
      <mo>,</mo>
      <mtext>&#62371;</mtext>
      <mrow>
       <mi>Append</mi>
       <mo>[</mo>
       <mrow>
        <mrow>
         <mi>ValuesList</mi>
         <mo>[</mo>
         <mrow>
          <mo>[</mo>
          <mn>2</mn>
          <mo>]</mo>
         </mrow>
         <mo>]</mo>
        </mrow>
        <mo>,</mo>
        <mi>biasednoise</mi>
       </mrow>
       <mo>]</mo>
      </mrow>
     </mrow>
     <mo>}</mo>
    </mrow>
   </mrow>
   <mo>]</mo>
  </mrow>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Input">
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mrow>
   <mi>GrowListSpecificBiasedNoise</mi>
   <mo>[</mo>
   <mtext>InitialList_List</mtext>
   <mo>]</mo>
  </mrow>
  <mtext>  </mtext>
  <mo>:=</mo>
  <mtext> </mtext>
  <mrow>
   <mi>GrowListBiasedNoise</mi>
   <mo>[</mo>
   <mrow>
    <mi>InitialList</mi>
    <mo>,</mo>
    <mtext>.001</mtext>
    <mo>,</mo>
    <mn>2</mn>
    <mo>,</mo>
    <mn>0</mn>
    <mo>,</mo>
    <mrow>
     <mn>10</mn>
     <mo>^</mo>
     <mrow>
      <mo>(</mo>
      <mrow>
       <mo>-</mo>
       <mn>6</mn>
      </mrow>
      <mo>)</mo>
     </mrow>
    </mrow>
    <mo>,</mo>
    <mn>4500</mn>
   </mrow>
   <mo>]</mo>
  </mrow>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Text">
 Generate the data set---this takes quite a while
</p>



<p class="Input">
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mrow>
   <mi>TheBiasedData</mi>
   <mtext> </mtext>
   <mo>=</mo>
   <mtext> </mtext>
   <mrow>
    <mi>Nest</mi>
    <mo>[</mo>
    <mrow>
     <mi>GrowListSpecificBiasedNoise</mi>
     <mo>,</mo>
     <mrow>
      <mo>{</mo>
      <mrow>
       <mrow>
        <mo>{</mo>
        <mrow>
         <mn>1</mn>
         <mo>,</mo>
         <mn>1</mn>
        </mrow>
        <mo>}</mo>
       </mrow>
       <mo>,</mo>
       <mrow>
        <mo>{</mo>
        <mrow>
         <mn>0</mn>
         <mo>,</mo>
         <mn>0</mn>
        </mrow>
        <mo>}</mo>
       </mrow>
      </mrow>
      <mo>}</mo>
     </mrow>
     <mo>,</mo>
     <mn>20000</mn>
    </mrow>
    <mo>]</mo>
   </mrow>
  </mrow>
  <mo>;</mo>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Input">
 <a id="mmtag_23_noise__periodic_bias"></a>
 <img src="HTMLFiles/Lecture-23_3.gif" alt="ListPlot[TheBiasedData[[1]]]"  width="229" height="18"  style="vertical-align:middle" />
</p>

<p class="Input">
 <a id="mmtag_23_noise__periodic_bias"></a>
 <img src="HTMLFiles/Lecture-23_4.gif" alt="ListPlot[TheBiasedData[[2]]]"  width="229" height="18"  style="vertical-align:middle" />
</p>

<p class="Graphics">
 <img src="HTMLFiles/Lecture-23_5.gif" alt="[Graphics:HTMLFiles/Lecture-23_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="Graphics">
 <img src="HTMLFiles/Lecture-23_6.gif" alt="[Graphics:HTMLFiles/Lecture-23_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="Subtitle">
 Resonance Phenomena by Solution of the ODE
</p>



<p class="Text">
 <a id="mmtag_23_resonance_phenomena"></a>
 <a id="mmtag_23_natural_frequency"></a>
 The &quot;periodic forcing function&quot; can be any periodic function (i.e., a fourier series), but it is a bit simpler to analyze the effect of each mode separately.&nbsp;&nbsp;Below, the forcing function will be assumed to be <span><span class="TextInline"><math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <msub>
  <mi>F</mi>
  <mi>app</mi>
 </msub>
</math></span></span>cos(<span><span class="TextInline"><math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <msub>
  <mi>&omega;</mi>
  <mi>app</mi>
 </msub>
</math></span></span>t)<br />Solve problems in terms of the mass and natural frequency--eliminate the spring constant in equations by defining it in terms of the mass and natural frequency.
</p>



<p class="Input">
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mi>Kspring</mi>
  <mtext> </mtext>
  <mo>=</mo>
  <mtext>  </mtext>
  <mrow>
   <mi>M</mi>
   <mo>&InvisibleTimes;</mo>
   <msup>
    <mi>&omega;char</mi>
    <mn>2</mn>
   </msup>
  </mrow>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Output">
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mi>M</mi>
  <mo>&InvisibleTimes;</mo>
  <msup>
   <mi>&omega;char</mi>
   <mn>2</mn>
  </msup>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Text">
 <span style='font-style: italic;'>Mathematica</span> can solve the nonhomogeneous ODE with a&nbsp;&nbsp;forcing function at with an applied frequency:
</p>



<p class="Input">
 <a id="mmtag_23_harmonic_oscillator__general_solution_for_damped_forced"></a>
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mi>yGeneralSol</mi>
  <mtext> </mtext>
  <mo>=</mo>
  <mtext> </mtext>
  <mrow>
   <mrow>
    <mi>DSolve</mi>
    <mo>[</mo>
    <mrow>
     <mrow>
      <mrow>
       <mrow>
        <mi>M</mi>
        <mo>&InvisibleTimes;</mo>
        <mrow>
         <mrow>
          <mi>y</mi>
          <mtext>''</mtext>
         </mrow>
         <mo>[</mo>
         <mi>t</mi>
         <mo>]</mo>
        </mrow>
       </mrow>
       <mtext> </mtext>
       <mo>+</mo>
       <mtext> </mtext>
       <mrow>
        <mi>&eta;</mi>
        <mo>&InvisibleTimes;</mo>
        <mrow>
         <mrow>
          <mi>y</mi>
          <mo>'</mo>
         </mrow>
         <mo>[</mo>
         <mi>t</mi>
         <mo>]</mo>
        </mrow>
       </mrow>
       <mtext> </mtext>
       <mo>+</mo>
       <mtext> </mtext>
       <mrow>
        <mi>Kspring</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>Fapp</mi>
       <mo>&InvisibleTimes;</mo>
       <mrow>
        <mi>Cos</mi>
        <mo>[</mo>
        <mrow>
         <mi>&omega;app</mi>
         <mo>&InvisibleTimes;</mo>
         <mi>t</mi>
        </mrow>
        <mo>]</mo>
       </mrow>
      </mrow>
     </mrow>
     <mo>,</mo>
     <mrow>
      <mi>y</mi>
      <mo>[</mo>
      <mi>t</mi>
      <mo>]</mo>
     </mrow>
     <mo>,</mo>
     <mi>t</mi>
    </mrow>
    <mo>]</mo>
   </mrow>
   <mo>//</mo>
   <mi>Flatten</mi>
  </mrow>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Output">
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mo>{</mo>
  <mrow>
   <mrow>
    <mi>y</mi>
    <mo>[</mo>
    <mi>t</mi>
    <mo>]</mo>
   </mrow>
   <mo>&rightarrow;</mo>
   <mrow>
    <mrow>
     <msup>
      <mi>&ExponentialE;</mi>
      <mfrac>
       <mrow>
        <mi>t</mi>
        <mo>&InvisibleTimes;</mo>
        <mrow>
         <mo>(</mo>
         <mrow>
          <mrow>
           <mo>-</mo>
           <mi>&eta;</mi>
          </mrow>
          <mo>-</mo>
          <msqrt>
           <mrow>
            <msup>
             <mi>&eta;</mi>
             <mn>2</mn>
            </msup>
            <mo>-</mo>
            <mrow>
             <mn>4</mn>
             <mo>&InvisibleTimes;</mo>
             <msup>
              <mi>M</mi>
              <mn>2</mn>
             </msup>
             <mo>&InvisibleTimes;</mo>
             <msup>
              <mi>&omega;char</mi>
              <mn>2</mn>
             </msup>
            </mrow>
           </mrow>
          </msqrt>
         </mrow>
         <mo>)</mo>
        </mrow>
       </mrow>
       <mrow>
        <mn>2</mn>
        <mo>&InvisibleTimes;</mo>
        <mi>M</mi>
       </mrow>
      </mfrac>
     </msup>
     <mo>&InvisibleTimes;</mo>
     <mrow>
      <mi>C</mi>
      <mo>[</mo>
      <mn>1</mn>
      <mo>]</mo>
     </mrow>
    </mrow>
    <mo>+</mo>
    <mrow>
     <msup>
      <mi>&ExponentialE;</mi>
      <mfrac>
       <mrow>
        <mi>t</mi>
        <mo>&InvisibleTimes;</mo>
        <mrow>
         <mo>(</mo>
         <mrow>
          <mrow>
           <mo>-</mo>
           <mi>&eta;</mi>
          </mrow>
          <mo>+</mo>
          <msqrt>
           <mrow>
            <msup>
             <mi>&eta;</mi>
             <mn>2</mn>
            </msup>
            <mo>-</mo>
            <mrow>
             <mn>4</mn>
             <mo>&InvisibleTimes;</mo>
             <msup>
              <mi>M</mi>
              <mn>2</mn>
             </msup>
             <mo>&InvisibleTimes;</mo>
             <msup>
              <mi>&omega;char</mi>
              <mn>2</mn>
             </msup>
            </mrow>
           </mrow>
          </msqrt>
         </mrow>
         <mo>)</mo>
        </mrow>
       </mrow>
       <mrow>
        <mn>2</mn>
        <mo>&InvisibleTimes;</mo>
        <mi>M</mi>
       </mrow>
      </mfrac>
     </msup>
     <mo>&InvisibleTimes;</mo>
     <mrow>
      <mi>C</mi>
      <mo>[</mo>
      <mn>2</mn>
      <mo>]</mo>
     </mrow>
    </mrow>
    <mo>-</mo>
    <mfrac>
     <mrow>
      <mn>4</mn>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <mrow>
       <mo>(</mo>
       <mrow>
        <mrow>
         <mrow>
          <mo>-</mo>
          <mi>Fapp</mi>
         </mrow>
         <mo>&InvisibleTimes;</mo>
         <msup>
          <mi>M</mi>
          <mn>3</mn>
         </msup>
         <mo>&InvisibleTimes;</mo>
         <msup>
          <mi>&omega;app</mi>
          <mn>2</mn>
         </msup>
         <mo>&InvisibleTimes;</mo>
         <mrow>
          <mi>Cos</mi>
          <mo>[</mo>
          <mrow>
           <mi>t</mi>
           <mo>&InvisibleTimes;</mo>
           <mi>&omega;app</mi>
          </mrow>
          <mo>]</mo>
         </mrow>
        </mrow>
        <mo>+</mo>
        <mrow>
         <mi>Fapp</mi>
         <mo>&InvisibleTimes;</mo>
         <msup>
          <mi>M</mi>
          <mn>3</mn>
         </msup>
         <mo>&InvisibleTimes;</mo>
         <msup>
          <mi>&omega;char</mi>
          <mn>2</mn>
         </msup>
         <mo>&InvisibleTimes;</mo>
         <mrow>
          <mi>Cos</mi>
          <mo>[</mo>
          <mrow>
           <mi>t</mi>
           <mo>&InvisibleTimes;</mo>
           <mi>&omega;app</mi>
          </mrow>
          <mo>]</mo>
         </mrow>
        </mrow>
        <mo>+</mo>
        <mrow>
         <mi>Fapp</mi>
         <mo>&InvisibleTimes;</mo>
         <msup>
          <mi>M</mi>
          <mn>2</mn>
         </msup>
         <mo>&InvisibleTimes;</mo>
         <mi>&eta;</mi>
         <mo>&InvisibleTimes;</mo>
         <mi>&omega;app</mi>
         <mo>&InvisibleTimes;</mo>
         <mrow>
          <mi>Sin</mi>
          <mo>[</mo>
          <mrow>
           <mi>t</mi>
           <mo>&InvisibleTimes;</mo>
           <mi>&omega;app</mi>
          </mrow>
          <mo>]</mo>
         </mrow>
        </mrow>
       </mrow>
       <mo>)</mo>
      </mrow>
     </mrow>
     <mrow>
      <mrow>
       <mo>(</mo>
       <mrow>
        <msup>
         <mi>&eta;</mi>
         <mn>2</mn>
        </msup>
        <mo>+</mo>
        <mrow>
         <mn>2</mn>
         <mo>&InvisibleTimes;</mo>
         <msup>
          <mi>M</mi>
          <mn>2</mn>
         </msup>
         <mo>&InvisibleTimes;</mo>
         <msup>
          <mi>&omega;app</mi>
          <mn>2</mn>
         </msup>
        </mrow>
        <mo>-</mo>
        <mrow>
         <mn>2</mn>
         <mo>&InvisibleTimes;</mo>
         <msup>
          <mi>M</mi>
          <mn>2</mn>
         </msup>
         <mo>&InvisibleTimes;</mo>
         <msup>
          <mi>&omega;char</mi>
          <mn>2</mn>
         </msup>
        </mrow>
        <mo>+</mo>
        <mrow>
         <mi>&eta;</mi>
         <mo>&InvisibleTimes;</mo>
         <msqrt>
          <mrow>
           <msup>
            <mi>&eta;</mi>
            <mn>2</mn>
           </msup>
           <mo>-</mo>
           <mrow>
            <mn>4</mn>
            <mo>&InvisibleTimes;</mo>
            <msup>
             <mi>M</mi>
             <mn>2</mn>
            </msup>
            <mo>&InvisibleTimes;</mo>
            <msup>
             <mi>&omega;char</mi>
             <mn>2</mn>
            </msup>
           </mrow>
          </mrow>
         </msqrt>
        </mrow>
       </mrow>
       <mo>)</mo>
      </mrow>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <mrow>
       <mo>(</mo>
       <mrow>
        <mrow>
         <mo>-</mo>
         <msup>
          <mi>&eta;</mi>
          <mn>2</mn>
         </msup>
        </mrow>
        <mo>-</mo>
        <mrow>
         <mn>2</mn>
         <mo>&InvisibleTimes;</mo>
         <msup>
          <mi>M</mi>
          <mn>2</mn>
         </msup>
         <mo>&InvisibleTimes;</mo>
         <msup>
          <mi>&omega;app</mi>
          <mn>2</mn>
         </msup>
        </mrow>
        <mo>+</mo>
        <mrow>
         <mn>2</mn>
         <mo>&InvisibleTimes;</mo>
         <msup>
          <mi>M</mi>
          <mn>2</mn>
         </msup>
         <mo>&InvisibleTimes;</mo>
         <msup>
          <mi>&omega;char</mi>
          <mn>2</mn>
         </msup>
        </mrow>
        <mo>+</mo>
        <mrow>
         <mi>&eta;</mi>
         <mo>&InvisibleTimes;</mo>
         <msqrt>
          <mrow>
           <msup>
            <mi>&eta;</mi>
            <mn>2</mn>
           </msup>
           <mo>-</mo>
           <mrow>
            <mn>4</mn>
            <mo>&InvisibleTimes;</mo>
            <msup>
             <mi>M</mi>
             <mn>2</mn>
            </msup>
            <mo>&InvisibleTimes;</mo>
            <msup>
             <mi>&omega;char</mi>
             <mn>2</mn>
            </msup>
           </mrow>
          </mrow>
         </msqrt>
        </mrow>
       </mrow>
       <mo>)</mo>
      </mrow>
     </mrow>
    </mfrac>
   </mrow>
  </mrow>
  <mo>}</mo>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Text">
 <a id="mmtag_23_harmonic_oscillator__homogeneous_and_particular_solutions"></a>
 The general solution of the heterogeneous ODE is the sum of the homogeneous solution&nbsp;&nbsp;(i.e., the one for which the right-hand-side is zero) and the particular solution (i.e., the one for the<span style='font-style: italic;'> particular </span>right-hand-side of the ODE)
</p>



<p class="Input">
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mrow>
   <mi>yParticular</mi>
   <mo>[</mo>
   <mn>0</mn>
   <mo>]</mo>
  </mrow>
  <mtext> </mtext>
  <mo>=</mo>
  <mtext> </mtext>
  <mrow>
   <mrow>
    <mo>(</mo>
    <mrow>
     <mrow>
      <mi>y</mi>
      <mo>[</mo>
      <mi>t</mi>
      <mo>]</mo>
     </mrow>
     <mo>/.</mo>
     <mi>yGeneralSol</mi>
    </mrow>
    <mo>)</mo>
   </mrow>
   <mo>/.</mo>
   <mrow>
    <mo>{</mo>
    <mrow>
     <mrow>
      <mrow>
       <mi>C</mi>
       <mo>[</mo>
       <mn>1</mn>
       <mo>]</mo>
      </mrow>
      <mo>&rightarrow;</mo>
      <mn>0</mn>
     </mrow>
     <mo>,</mo>
     <mrow>
      <mrow>
       <mi>C</mi>
       <mo>[</mo>
       <mn>2</mn>
       <mo>]</mo>
      </mrow>
      <mo>&rightarrow;</mo>
      <mn>0</mn>
     </mrow>
    </mrow>
    <mo>}</mo>
   </mrow>
  </mrow>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Output">
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mo>-</mo>
  <mfrac>
   <mrow>
    <mn>4</mn>
    <mo>&InvisibleTimes;</mo>
    <mrow>
     <mo>(</mo>
     <mrow>
      <mrow>
       <mrow>
        <mo>-</mo>
        <mi>Fapp</mi>
       </mrow>
       <mo>&InvisibleTimes;</mo>
       <msup>
        <mi>M</mi>
        <mn>3</mn>
       </msup>
       <mo>&InvisibleTimes;</mo>
       <msup>
        <mi>&omega;app</mi>
        <mn>2</mn>
       </msup>
       <mo>&InvisibleTimes;</mo>
       <mrow>
        <mi>Cos</mi>
        <mo>[</mo>
        <mrow>
         <mi>t</mi>
         <mo>&InvisibleTimes;</mo>
         <mi>&omega;app</mi>
        </mrow>
        <mo>]</mo>
       </mrow>
      </mrow>
      <mo>+</mo>
      <mrow>
       <mi>Fapp</mi>
       <mo>&InvisibleTimes;</mo>
       <msup>
        <mi>M</mi>
        <mn>3</mn>
       </msup>
       <mo>&InvisibleTimes;</mo>
       <msup>
        <mi>&omega;char</mi>
        <mn>2</mn>
       </msup>
       <mo>&InvisibleTimes;</mo>
       <mrow>
        <mi>Cos</mi>
        <mo>[</mo>
        <mrow>
         <mi>t</mi>
         <mo>&InvisibleTimes;</mo>
         <mi>&omega;app</mi>
        </mrow>
        <mo>]</mo>
       </mrow>
      </mrow>
      <mo>+</mo>
      <mrow>
       <mi>Fapp</mi>
       <mo>&InvisibleTimes;</mo>
       <msup>
        <mi>M</mi>
        <mn>2</mn>
       </msup>
       <mo>&InvisibleTimes;</mo>
       <mi>&eta;</mi>
       <mo>&InvisibleTimes;</mo>
       <mi>&omega;app</mi>
       <mo>&InvisibleTimes;</mo>
       <mrow>
        <mi>Sin</mi>
        <mo>[</mo>
        <mrow>
         <mi>t</mi>
         <mo>&InvisibleTimes;</mo>
         <mi>&omega;app</mi>
        </mrow>
        <mo>]</mo>
       </mrow>
      </mrow>
     </mrow>
     <mo>)</mo>
    </mrow>
   </mrow>
   <mrow>
    <mrow>
     <mo>(</mo>
     <mrow>
      <msup>
       <mi>&eta;</mi>
       <mn>2</mn>
      </msup>
      <mo>+</mo>
      <mrow>
       <mn>2</mn>
       <mo>&InvisibleTimes;</mo>
       <msup>
        <mi>M</mi>
        <mn>2</mn>
       </msup>
       <mo>&InvisibleTimes;</mo>
       <msup>
        <mi>&omega;app</mi>
        <mn>2</mn>
       </msup>
      </mrow>
      <mo>-</mo>
      <mrow>
       <mn>2</mn>
       <mo>&InvisibleTimes;</mo>
       <msup>
        <mi>M</mi>
        <mn>2</mn>
       </msup>
       <mo>&InvisibleTimes;</mo>
       <msup>
        <mi>&omega;char</mi>
        <mn>2</mn>
       </msup>
      </mrow>
      <mo>+</mo>
      <mrow>
       <mi>&eta;</mi>
       <mo>&InvisibleTimes;</mo>
       <msqrt>
        <mrow>
         <msup>
          <mi>&eta;</mi>
          <mn>2</mn>
         </msup>
         <mo>-</mo>
         <mrow>
          <mn>4</mn>
          <mo>&InvisibleTimes;</mo>
          <msup>
           <mi>M</mi>
           <mn>2</mn>
          </msup>
          <mo>&InvisibleTimes;</mo>
          <msup>
           <mi>&omega;char</mi>
           <mn>2</mn>
          </msup>
         </mrow>
        </mrow>
       </msqrt>
      </mrow>
     </mrow>
     <mo>)</mo>
    </mrow>
    <mo>&InvisibleTimes;</mo>
    <mrow>
     <mo>(</mo>
     <mrow>
      <mrow>
       <mo>-</mo>
       <msup>
        <mi>&eta;</mi>
        <mn>2</mn>
       </msup>
      </mrow>
      <mo>-</mo>
      <mrow>
       <mn>2</mn>
       <mo>&InvisibleTimes;</mo>
       <msup>
        <mi>M</mi>
        <mn>2</mn>
       </msup>
       <mo>&InvisibleTimes;</mo>
       <msup>
        <mi>&omega;app</mi>
        <mn>2</mn>
       </msup>
      </mrow>
      <mo>+</mo>
      <mrow>
       <mn>2</mn>
       <mo>&InvisibleTimes;</mo>
       <msup>
        <mi>M</mi>
        <mn>2</mn>
       </msup>
       <mo>&InvisibleTimes;</mo>
       <msup>
        <mi>&omega;char</mi>
        <mn>2</mn>
       </msup>
      </mrow>
      <mo>+</mo>
      <mrow>
       <mi>&eta;</mi>
       <mo>&InvisibleTimes;</mo>
       <msqrt>
        <mrow>
         <msup>
          <mi>&eta;</mi>
          <mn>2</mn>
         </msup>
         <mo>-</mo>
         <mrow>
          <mn>4</mn>
          <mo>&InvisibleTimes;</mo>
          <msup>
           <mi>M</mi>
           <mn>2</mn>
          </msup>
          <mo>&InvisibleTimes;</mo>
          <msup>
           <mi>&omega;char</mi>
           <mn>2</mn>
          </msup>
         </mrow>
        </mrow>
       </msqrt>
      </mrow>
     </mrow>
     <mo>)</mo>
    </mrow>
   </mrow>
  </mfrac>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Input">
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mrow>
   <mi>yParticular</mi>
   <mo>[</mo>
   <mn>1</mn>
   <mo>]</mo>
  </mrow>
  <mtext> </mtext>
  <mo>=</mo>
  <mtext> </mtext>
  <mrow>
   <mi>Collect</mi>
   <mo>[</mo>
   <mrow>
    <mrow>
     <mi>FullSimplify</mi>
     <mo>[</mo>
     <mrow>
      <mi>yParticular</mi>
      <mo>[</mo>
      <mn>0</mn>
      <mo>]</mo>
     </mrow>
     <mo>]</mo>
    </mrow>
    <mo>,</mo>
    <mrow>
     <mo>{</mo>
     <mrow>
      <mrow>
       <mi>Sin</mi>
       <mo>[</mo>
       <mrow>
        <mi>t</mi>
        <mo>&InvisibleTimes;</mo>
        <mi>&omega;app</mi>
       </mrow>
       <mo>]</mo>
      </mrow>
      <mo>,</mo>
      <mtext> </mtext>
      <mrow>
       <mi>Cos</mi>
       <mo>[</mo>
       <mrow>
        <mi>t</mi>
        <mo>&InvisibleTimes;</mo>
        <mi>&omega;app</mi>
       </mrow>
       <mo>]</mo>
      </mrow>
     </mrow>
     <mo>}</mo>
    </mrow>
   </mrow>
   <mo>]</mo>
  </mrow>
 </mrow>
</math>
</p>

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

<p class="Text">
 The particular solutions only picks up modes from the forcing term
</p>



<p class="Text">
 The homogeneous solution only has he natural frequencies
</p>



<p class="Input">
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mi>yHomogenous</mi>
  <mtext> </mtext>
  <mo>=</mo>
  <mrow>
   <mrow>
    <mo>(</mo>
    <mrow>
     <mrow>
      <mi>y</mi>
      <mo>[</mo>
      <mi>t</mi>
      <mo>]</mo>
     </mrow>
     <mo>/.</mo>
     <mi>yGeneralSol</mi>
    </mrow>
    <mo>)</mo>
   </mrow>
   <mtext> </mtext>
   <mo>-</mo>
   <mtext> </mtext>
   <mrow>
    <mi>yParticular</mi>
    <mo>[</mo>
    <mn>0</mn>
    <mo>]</mo>
   </mrow>
  </mrow>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Output">
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mrow>
   <msup>
    <mi>&ExponentialE;</mi>
    <mfrac>
     <mrow>
      <mi>t</mi>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <mrow>
       <mo>(</mo>
       <mrow>
        <mrow>
         <mo>-</mo>
         <mi>&eta;</mi>
        </mrow>
        <mo>-</mo>
        <msqrt>
         <mrow>
          <msup>
           <mi>&eta;</mi>
           <mn>2</mn>
          </msup>
          <mo>-</mo>
          <mrow>
           <mn>4</mn>
           <mo>&InvisibleTimes;</mo>
           <msup>
            <mi>M</mi>
            <mn>2</mn>
           </msup>
           <mo>&InvisibleTimes;</mo>
           <msup>
            <mi>&omega;char</mi>
            <mn>2</mn>
           </msup>
          </mrow>
         </mrow>
        </msqrt>
       </mrow>
       <mo>)</mo>
      </mrow>
     </mrow>
     <mrow>
      <mn>2</mn>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <mi>M</mi>
     </mrow>
    </mfrac>
   </msup>
   <mo>&InvisibleTimes;</mo>
   <mrow>
    <mi>C</mi>
    <mo>[</mo>
    <mn>1</mn>
    <mo>]</mo>
   </mrow>
  </mrow>
  <mo>+</mo>
  <mrow>
   <msup>
    <mi>&ExponentialE;</mi>
    <mfrac>
     <mrow>
      <mi>t</mi>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <mrow>
       <mo>(</mo>
       <mrow>
        <mrow>
         <mo>-</mo>
         <mi>&eta;</mi>
        </mrow>
        <mo>+</mo>
        <msqrt>
         <mrow>
          <msup>
           <mi>&eta;</mi>
           <mn>2</mn>
          </msup>
          <mo>-</mo>
          <mrow>
           <mn>4</mn>
           <mo>&InvisibleTimes;</mo>
           <msup>
            <mi>M</mi>
            <mn>2</mn>
           </msup>
           <mo>&InvisibleTimes;</mo>
           <msup>
            <mi>&omega;char</mi>
            <mn>2</mn>
           </msup>
          </mrow>
         </mrow>
        </msqrt>
       </mrow>
       <mo>)</mo>
      </mrow>
     </mrow>
     <mrow>
      <mn>2</mn>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <mi>M</mi>
     </mrow>
    </mfrac>
   </msup>
   <mo>&InvisibleTimes;</mo>
   <mrow>
    <mi>C</mi>
    <mo>[</mo>
    <mn>2</mn>
    <mo>]</mo>
   </mrow>
  </mrow>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Text">
 The General Solution is the combination of two different frequencies--this should give rise to beats if the driving frequency differs from the natural frequency
</p>



<p class="Output">
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mrow>
   <msup>
    <mi>&ExponentialE;</mi>
    <mfrac>
     <mrow>
      <mi>t</mi>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <mrow>
       <mo>(</mo>
       <mrow>
        <mrow>
         <mo>-</mo>
         <mi>&eta;</mi>
        </mrow>
        <mo>-</mo>
        <msqrt>
         <mrow>
          <msup>
           <mi>&eta;</mi>
           <mn>2</mn>
          </msup>
          <mo>-</mo>
          <mrow>
           <mn>4</mn>
           <mo>&InvisibleTimes;</mo>
           <msup>
            <mi>M</mi>
            <mn>2</mn>
           </msup>
           <mo>&InvisibleTimes;</mo>
           <msup>
            <mi>&omega;char</mi>
            <mn>2</mn>
           </msup>
          </mrow>
         </mrow>
        </msqrt>
       </mrow>
       <mo>)</mo>
      </mrow>
     </mrow>
     <mrow>
      <mn>2</mn>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <mi>M</mi>
     </mrow>
    </mfrac>
   </msup>
   <mo>&InvisibleTimes;</mo>
   <mrow>
    <mi>C</mi>
    <mo>[</mo>
    <mn>1</mn>
    <mo>]</mo>
   </mrow>
  </mrow>
  <mo>+</mo>
  <mrow>
   <msup>
    <mi>&ExponentialE;</mi>
    <mfrac>
     <mrow>
      <mi>t</mi>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <mrow>
       <mo>(</mo>
       <mrow>
        <mrow>
         <mo>-</mo>
         <mi>&eta;</mi>
        </mrow>
        <mo>+</mo>
        <msqrt>
         <mrow>
          <msup>
           <mi>&eta;</mi>
           <mn>2</mn>
          </msup>
          <mo>-</mo>
          <mrow>
           <mn>4</mn>
           <mo>&InvisibleTimes;</mo>
           <msup>
            <mi>M</mi>
            <mn>2</mn>
           </msup>
           <mo>&InvisibleTimes;</mo>
           <msup>
            <mi>&omega;char</mi>
            <mn>2</mn>
           </msup>
          </mrow>
         </mrow>
        </msqrt>
       </mrow>
       <mo>)</mo>
      </mrow>
     </mrow>
     <mrow>
      <mn>2</mn>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <mi>M</mi>
     </mrow>
    </mfrac>
   </msup>
   <mo>&InvisibleTimes;</mo>
   <mrow>
    <mi>C</mi>
    <mo>[</mo>
    <mn>2</mn>
    <mo>]</mo>
   </mrow>
  </mrow>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Text">
 The following shows that the solution is unphysical when &omega;app &rarr; &omega;char AND &eta;&rarr;0
</p>



<p class="Input">
 <a id="mmtag_23_resonance_phenomena__picking_out_singular_behavior"></a>
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mi>singbehav</mi>
  <mtext> </mtext>
  <mo>=</mo>
  <mrow>
   <mrow>
    <mi>Series</mi>
    <mo>[</mo>
    <mrow>
     <mrow>
      <mo>(</mo>
      <mrow>
       <mrow>
        <mi>yParticular</mi>
        <mo>[</mo>
        <mn>1</mn>
        <mo>]</mo>
       </mrow>
       <mo>/.</mo>
       <mrow>
        <mo>{</mo>
        <mrow>
         <mrow>
          <mi>&eta;</mi>
          <mtext> </mtext>
          <mo>&rightarrow;</mo>
          <mtext>  </mtext>
          <mrow>
           <mi>&delta;</mi>
           <mo>&InvisibleTimes;</mo>
           <mi>&eta;0</mi>
          </mrow>
         </mrow>
         <mtext> </mtext>
         <mo>,</mo>
         <mtext> </mtext>
         <mrow>
          <mi>&omega;app</mi>
          <mtext> </mtext>
          <mo>&rightarrow;</mo>
          <mtext> </mtext>
          <mrow>
           <mi>&omega;char</mi>
           <mtext> </mtext>
           <mo>+</mo>
           <mtext> </mtext>
           <mrow>
            <mi>&#1013;</mi>
            <mo>&InvisibleTimes;</mo>
            <mi>&omega;0</mi>
           </mrow>
          </mrow>
         </mrow>
        </mrow>
        <mo>}</mo>
       </mrow>
      </mrow>
      <mo>)</mo>
     </mrow>
     <mo>,</mo>
     <mrow>
      <mo>{</mo>
      <mrow>
       <mi>&delta;</mi>
       <mo>,</mo>
       <mn>0</mn>
       <mo>,</mo>
       <mn>1</mn>
      </mrow>
      <mo>}</mo>
     </mrow>
     <mo>,</mo>
     <mrow>
      <mo>{</mo>
      <mrow>
       <mi>&#1013;</mi>
       <mo>,</mo>
       <mn>0</mn>
       <mo>,</mo>
       <mn>1</mn>
      </mrow>
      <mo>}</mo>
     </mrow>
    </mrow>
    <mo>]</mo>
   </mrow>
   <mo>//</mo>
   <mi>Normal</mi>
  </mrow>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Message">
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <semantics>
  <annotation-xml encoding='MathML-Presentation'/>
 </semantics>
</math>
</p>

<p class="Output">
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mfrac>
   <mrow>
    <mi>Fapp</mi>
    <mo>&InvisibleTimes;</mo>
    <mrow>
     <mi>Cos</mi>
     <mo>[</mo>
     <mrow>
      <mi>t</mi>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <mi>&omega;char</mi>
     </mrow>
     <mo>]</mo>
    </mrow>
   </mrow>
   <mrow>
    <mn>4</mn>
    <mo>&InvisibleTimes;</mo>
    <mi>M</mi>
    <mo>&InvisibleTimes;</mo>
    <msup>
     <mi>&omega;char</mi>
     <mn>2</mn>
    </msup>
   </mrow>
  </mfrac>
  <mo>+</mo>
  <mfrac>
   <mrow>
    <mrow>
     <mo>-</mo>
     <mfrac>
      <mrow>
       <mi>Fapp</mi>
       <mo>&InvisibleTimes;</mo>
       <mrow>
        <mi>Cos</mi>
        <mo>[</mo>
        <mrow>
         <mi>t</mi>
         <mo>&InvisibleTimes;</mo>
         <mi>&omega;char</mi>
        </mrow>
        <mo>]</mo>
       </mrow>
      </mrow>
      <mrow>
       <mn>2</mn>
       <mo>&InvisibleTimes;</mo>
       <mi>M</mi>
       <mo>&InvisibleTimes;</mo>
       <mi>&omega;0</mi>
       <mo>&InvisibleTimes;</mo>
       <mi>&omega;char</mi>
      </mrow>
     </mfrac>
    </mrow>
    <mo>+</mo>
    <mfrac>
     <mrow>
      <mi>Fapp</mi>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <mi>t</mi>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <mi>&delta;</mi>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <mi>&eta;0</mi>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <mrow>
       <mi>Cos</mi>
       <mo>[</mo>
       <mrow>
        <mi>t</mi>
        <mo>&InvisibleTimes;</mo>
        <mi>&omega;char</mi>
       </mrow>
       <mo>]</mo>
      </mrow>
     </mrow>
     <mrow>
      <mn>4</mn>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <msup>
       <mi>M</mi>
       <mn>2</mn>
      </msup>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <mi>&omega;0</mi>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <mi>&omega;char</mi>
     </mrow>
    </mfrac>
   </mrow>
   <mi>&#1013;</mi>
  </mfrac>
  <mo>+</mo>
  <mfrac>
   <mrow>
    <mi>Fapp</mi>
    <mo>&InvisibleTimes;</mo>
    <mi>t</mi>
    <mo>&InvisibleTimes;</mo>
    <mrow>
     <mi>Sin</mi>
     <mo>[</mo>
     <mrow>
      <mi>t</mi>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <mi>&omega;char</mi>
     </mrow>
     <mo>]</mo>
    </mrow>
   </mrow>
   <mrow>
    <mn>2</mn>
    <mo>&InvisibleTimes;</mo>
    <mi>M</mi>
    <mo>&InvisibleTimes;</mo>
    <mi>&omega;char</mi>
   </mrow>
  </mfrac>
  <mo>+</mo>
  <mfrac>
   <mrow>
    <mi>Fapp</mi>
    <mo>&InvisibleTimes;</mo>
    <mi>&delta;</mi>
    <mo>&InvisibleTimes;</mo>
    <mi>&eta;0</mi>
    <mo>&InvisibleTimes;</mo>
    <mrow>
     <mi>Sin</mi>
     <mo>[</mo>
     <mrow>
      <mi>t</mi>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <mi>&omega;char</mi>
     </mrow>
     <mo>]</mo>
    </mrow>
   </mrow>
   <mrow>
    <mn>4</mn>
    <mo>&InvisibleTimes;</mo>
    <msup>
     <mi>M</mi>
     <mn>2</mn>
    </msup>
    <mo>&InvisibleTimes;</mo>
    <msup>
     <mi>&#1013;</mi>
     <mn>2</mn>
    </msup>
    <mo>&InvisibleTimes;</mo>
    <msup>
     <mi>&omega;0</mi>
     <mn>2</mn>
    </msup>
    <mo>&InvisibleTimes;</mo>
    <mi>&omega;char</mi>
   </mrow>
  </mfrac>
  <mo>+</mo>
  <mrow>
   <mi>&delta;</mi>
   <mo>&InvisibleTimes;</mo>
   <mrow>
    <mo>(</mo>
    <mrow>
     <mrow>
      <mo>-</mo>
      <mfrac>
       <mrow>
        <mi>Fapp</mi>
        <mo>&InvisibleTimes;</mo>
        <mi>&eta;0</mi>
        <mo>&InvisibleTimes;</mo>
        <mrow>
         <mi>Sin</mi>
         <mo>[</mo>
         <mrow>
          <mi>t</mi>
          <mo>&InvisibleTimes;</mo>
          <mi>&omega;char</mi>
         </mrow>
         <mo>]</mo>
        </mrow>
       </mrow>
       <mrow>
        <mn>16</mn>
        <mo>&InvisibleTimes;</mo>
        <msup>
         <mi>M</mi>
         <mn>2</mn>
        </msup>
        <mo>&InvisibleTimes;</mo>
        <msup>
         <mi>&omega;char</mi>
         <mn>3</mn>
        </msup>
       </mrow>
      </mfrac>
     </mrow>
     <mo>-</mo>
     <mfrac>
      <mrow>
       <mi>Fapp</mi>
       <mo>&InvisibleTimes;</mo>
       <msup>
        <mi>t</mi>
        <mn>2</mn>
       </msup>
       <mo>&InvisibleTimes;</mo>
       <mi>&eta;0</mi>
       <mo>&InvisibleTimes;</mo>
       <mrow>
        <mi>Sin</mi>
        <mo>[</mo>
        <mrow>
         <mi>t</mi>
         <mo>&InvisibleTimes;</mo>
         <mi>&omega;char</mi>
        </mrow>
        <mo>]</mo>
       </mrow>
      </mrow>
      <mrow>
       <mn>8</mn>
       <mo>&InvisibleTimes;</mo>
       <msup>
        <mi>M</mi>
        <mn>2</mn>
       </msup>
       <mo>&InvisibleTimes;</mo>
       <mi>&omega;char</mi>
      </mrow>
     </mfrac>
    </mrow>
    <mo>)</mo>
   </mrow>
  </mrow>
  <mo>+</mo>
  <mrow>
   <mi>&#1013;</mi>
   <mo>&InvisibleTimes;</mo>
   <mrow>
    <mo>(</mo>
    <mrow>
     <mrow>
      <mo>-</mo>
      <mfrac>
       <mrow>
        <mi>Fapp</mi>
        <mo>&InvisibleTimes;</mo>
        <mi>&omega;0</mi>
        <mo>&InvisibleTimes;</mo>
        <mrow>
         <mi>Cos</mi>
         <mo>[</mo>
         <mrow>
          <mi>t</mi>
          <mo>&InvisibleTimes;</mo>
          <mi>&omega;char</mi>
         </mrow>
         <mo>]</mo>
        </mrow>
       </mrow>
       <mrow>
        <mn>8</mn>
        <mo>&InvisibleTimes;</mo>
        <mi>M</mi>
        <mo>&InvisibleTimes;</mo>
        <msup>
         <mi>&omega;char</mi>
         <mn>3</mn>
        </msup>
       </mrow>
      </mfrac>
     </mrow>
     <mo>+</mo>
     <mfrac>
      <mrow>
       <mi>Fapp</mi>
       <mo>&InvisibleTimes;</mo>
       <msup>
        <mi>t</mi>
        <mn>2</mn>
       </msup>
       <mo>&InvisibleTimes;</mo>
       <mi>&omega;0</mi>
       <mo>&InvisibleTimes;</mo>
       <mrow>
        <mi>Cos</mi>
        <mo>[</mo>
        <mrow>
         <mi>t</mi>
         <mo>&InvisibleTimes;</mo>
         <mi>&omega;char</mi>
        </mrow>
        <mo>]</mo>
       </mrow>
      </mrow>
      <mrow>
       <mn>4</mn>
       <mo>&InvisibleTimes;</mo>
       <mi>M</mi>
       <mo>&InvisibleTimes;</mo>
       <mi>&omega;char</mi>
      </mrow>
     </mfrac>
     <mo>-</mo>
     <mfrac>
      <mrow>
       <mi>Fapp</mi>
       <mo>&InvisibleTimes;</mo>
       <mi>t</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;char</mi>
        </mrow>
        <mo>]</mo>
       </mrow>
      </mrow>
      <mrow>
       <mn>4</mn>
       <mo>&InvisibleTimes;</mo>
       <mi>M</mi>
       <mo>&InvisibleTimes;</mo>
       <msup>
        <mi>&omega;char</mi>
        <mn>2</mn>
       </msup>
      </mrow>
     </mfrac>
     <mo>+</mo>
     <mrow>
      <mi>&delta;</mi>
      <mo>&InvisibleTimes;</mo>
      <mrow>
       <mo>(</mo>
       <mrow>
        <mrow>
         <mo>-</mo>
         <mfrac>
          <mrow>
           <mi>Fapp</mi>
           <mo>&InvisibleTimes;</mo>
           <mi>t</mi>
           <mo>&InvisibleTimes;</mo>
           <mi>&eta;0</mi>
           <mo>&InvisibleTimes;</mo>
           <mi>&omega;0</mi>
           <mo>&InvisibleTimes;</mo>
           <mrow>
            <mi>Cos</mi>
            <mo>[</mo>
            <mrow>
             <mi>t</mi>
             <mo>&InvisibleTimes;</mo>
             <mi>&omega;char</mi>
            </mrow>
            <mo>]</mo>
           </mrow>
          </mrow>
          <mrow>
           <mn>16</mn>
           <mo>&InvisibleTimes;</mo>
           <msup>
            <mi>M</mi>
            <mn>2</mn>
           </msup>
           <mo>&InvisibleTimes;</mo>
           <msup>
            <mi>&omega;char</mi>
            <mn>3</mn>
           </msup>
          </mrow>
         </mfrac>
        </mrow>
        <mo>-</mo>
        <mfrac>
         <mrow>
          <mi>Fapp</mi>
          <mo>&InvisibleTimes;</mo>
          <msup>
           <mi>t</mi>
           <mn>3</mn>
          </msup>
          <mo>&InvisibleTimes;</mo>
          <mi>&eta;0</mi>
          <mo>&InvisibleTimes;</mo>
          <mi>&omega;0</mi>
          <mo>&InvisibleTimes;</mo>
          <mrow>
           <mi>Cos</mi>
           <mo>[</mo>
           <mrow>
            <mi>t</mi>
            <mo>&InvisibleTimes;</mo>
            <mi>&omega;char</mi>
           </mrow>
           <mo>]</mo>
          </mrow>
         </mrow>
         <mrow>
          <mn>24</mn>
          <mo>&InvisibleTimes;</mo>
          <msup>
           <mi>M</mi>
           <mn>2</mn>
          </msup>
          <mo>&InvisibleTimes;</mo>
          <mi>&omega;char</mi>
         </mrow>
        </mfrac>
        <mo>+</mo>
        <mfrac>
         <mrow>
          <mi>Fapp</mi>
          <mo>&InvisibleTimes;</mo>
          <mi>&eta;0</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;char</mi>
           </mrow>
           <mo>]</mo>
          </mrow>
         </mrow>
         <mrow>
          <mn>16</mn>
          <mo>&InvisibleTimes;</mo>
          <msup>
           <mi>M</mi>
           <mn>2</mn>
          </msup>
          <mo>&InvisibleTimes;</mo>
          <msup>
           <mi>&omega;char</mi>
           <mn>4</mn>
          </msup>
         </mrow>
        </mfrac>
       </mrow>
       <mo>)</mo>
      </mrow>
     </mrow>
    </mrow>
    <mo>)</mo>
   </mrow>
  </mrow>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Message">
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mrow>
   <mi>StringTake</mi>
   <mtext>::</mtext>
   <mi>strs</mi>
  </mrow>
  <mo>&InvisibleTimes;</mo>
  <mrow>
   <mo>:</mo>
   <mtext> </mtext>
  </mrow>
  <semantics>
   <mrow>
    <mtext>String or non-empty list of strings expected at position </mtext>
    <mn>1</mn>
    <mtext> in </mtext>
    <mrow>
     <mi>StringTake</mi>
     <mo>[</mo>
     <mrow>
      <mtext>System`Convert`CommonDump`str</mtext>
      <mo>,</mo>
      <mrow>
       <mo>{</mo>
       <mrow>
        <mn>2</mn>
        <mo>,</mo>
        <mrow>
         <mo>-</mo>
         <mn>2</mn>
        </mrow>
       </mrow>
       <mo>}</mo>
      </mrow>
     </mrow>
     <mo>]</mo>
    </mrow>
    <mtext>. </mtext>
    <maction actiontype='highlight'>
     <mi>More&hellip;</mi>
    </maction>
   </mrow>
   <annotation encoding='Mathematica'>&quot;String or non-empty list of strings expected at position \\!\\(1\\) in \\!\\(StringTake[\\(\\(System`Convert`CommonDump`str, \\(\\({2, \\(\\(-2\\)\\)}\\)\\)\\)\\)]\\). \\!\\(\\*ButtonBox[\\\&quot;More\[Ellipsis]\\\&quot;, ButtonStyle-&gt;\\\&quot;RefGuideLinkText\\\&quot;, ButtonFrame-&gt;None, ButtonData:&gt;\\\&quot;General::strs\\\&quot;]\\)&quot;</annotation>
  </semantics>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Subsubsection">
 We can determine the behavir near the singularity by looking at the effect of each term above:<br />&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;1. If the forcing frequency approaches the resonance frequency (&epsilon;&rarr;0), the solution is unbounded because there is no &delta; in the first part of the second term's numerator<br />&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;2. If the viscosity approaches zero (&delta;&rarr;0), the solution will have a linearly growing applitude because of the third term<br />&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;3. Other cases will depend on how the ratio &delta;/&epsilon; scales.
</p>



<p class="Text">
 The following demonstrates the zero viscosity case, needs to be analyzed carefully (as above) otherwise one might miss terms:
</p>



<p class="Input">
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mi>yparticularUndamped</mi>
  <mtext> </mtext>
  <mo>=</mo>
  <mtext> </mtext>
  <mrow>
   <mrow>
    <mi>yParticular</mi>
    <mo>[</mo>
    <mn>1</mn>
    <mo>]</mo>
   </mrow>
   <mo>/.</mo>
   <mrow>
    <mi>&eta;</mi>
    <mo>&rightarrow;</mo>
    <mn>0</mn>
   </mrow>
  </mrow>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Output">
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mfrac>
  <mrow>
   <mi>Fapp</mi>
   <mo>&InvisibleTimes;</mo>
   <mrow>
    <mo>(</mo>
    <mrow>
     <mrow>
      <mo>-</mo>
      <msup>
       <mi>&omega;app</mi>
       <mn>2</mn>
      </msup>
     </mrow>
     <mo>+</mo>
     <msup>
      <mi>&omega;char</mi>
      <mn>2</mn>
     </msup>
    </mrow>
    <mo>)</mo>
   </mrow>
   <mo>&InvisibleTimes;</mo>
   <mrow>
    <mi>Cos</mi>
    <mo>[</mo>
    <mrow>
     <mi>t</mi>
     <mo>&InvisibleTimes;</mo>
     <mi>&omega;app</mi>
    </mrow>
    <mo>]</mo>
   </mrow>
  </mrow>
  <mrow>
   <mi>M</mi>
   <mo>&InvisibleTimes;</mo>
   <msup>
    <mrow>
     <mo>(</mo>
     <mrow>
      <msup>
       <mi>&omega;app</mi>
       <mn>2</mn>
      </msup>
      <mo>-</mo>
      <msup>
       <mi>&omega;char</mi>
       <mn>2</mn>
      </msup>
     </mrow>
     <mo>)</mo>
    </mrow>
    <mn>2</mn>
   </msup>
  </mrow>
 </mfrac>
</math>
</p>

<p class="Subtitle">
 <a id="mmtag_23_harmonic_oscillator__visualization_function_for_damped_forced"></a>
 Visualizing Solutions
</p>



<p class="Text">
 Create a <span style='font-style: italic;'>Mathematica</span>&nbsp;&nbsp;function that returns the solution for specified mass, viscous term, characteristic and applied frequencies
</p>



<p class="Input">
 <a id="mmtag_23_harmonic_oscillator__example_solution_function_for_damped_forced"></a>
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mrow>
   <mi>y</mi>
   <mo>[</mo>
   <mrow>
    <mtext>M_</mtext>
    <mtext> </mtext>
    <mo>,</mo>
    <mtext> </mtext>
    <mtext>&eta;_</mtext>
    <mtext> </mtext>
    <mo>,</mo>
    <mtext> </mtext>
    <mtext>&omega;char_</mtext>
    <mo>,</mo>
    <mtext> </mtext>
    <mtext>&omega;app_</mtext>
   </mrow>
   <mo>]</mo>
  </mrow>
  <mo>:=</mo>
  <mtext> </mtext>
  <mrow>
   <mi>Chop</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>M</mi>
            <mo>&InvisibleTimes;</mo>
            <mrow>
             <mrow>
              <mi>y</mi>
              <mtext>''</mtext>
             </mrow>
             <mo>[</mo>
             <mi>t</mi>
             <mo>]</mo>
            </mrow>
           </mrow>
           <mtext> </mtext>
           <mo>+</mo>
           <mtext> </mtext>
           <mrow>
            <mi>&eta;</mi>
            <mo>&InvisibleTimes;</mo>
            <mrow>
             <mrow>
              <mi>y</mi>
              <mo>'</mo>
             </mrow>
             <mo>[</mo>
             <mi>t</mi>
             <mo>]</mo>
            </mrow>
           </mrow>
           <mtext> </mtext>
           <mo>+</mo>
           <mtext> </mtext>
           <mrow>
            <mi>M</mi>
            <mo>&InvisibleTimes;</mo>
            <mtext>  </mtext>
            <mrow>
             <mi>&omega;char</mi>
             <mo>^</mo>
             <mn>2</mn>
            </mrow>
            <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>
            <mi>&omega;app</mi>
            <mo>&InvisibleTimes;</mo>
            <mi>t</mi>
           </mrow>
           <mo>]</mo>
          </mrow>
         </mrow>
         <mo>,</mo>
         <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>
    <mi>Flatten</mi>
   </mrow>
   <mo>]</mo>
  </mrow>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Text">
 Experiment by plotting for many different values:
</p>



<p class="Text">
 Undamped Resonance:
</p>



<p class="Input">
 <a id="mmtag_23_harmonic_oscillator__example__forced_undamped_resonance"></a>
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mi>Plot</mi>
  <mo>[</mo>
  <mrow>
   <mrow>
    <mi>Evaluate</mi>
    <mo>[</mo>
    <mrow>
     <mi>y</mi>
     <mo>[</mo>
     <mrow>
      <mn>1</mn>
      <mo>,</mo>
      <mn>0</mn>
      <mo>,</mo>
      <mrow>
       <mn>1</mn>
       <mo>/</mo>
       <mn>2</mn>
      </mrow>
      <mo>,</mo>
      <mrow>
       <mn>1</mn>
       <mo>/</mo>
       <mn>2</mn>
      </mrow>
     </mrow>
     <mo>]</mo>
    </mrow>
    <mo>]</mo>
   </mrow>
   <mo>,</mo>
   <mrow>
    <mo>{</mo>
    <mrow>
     <mi>t</mi>
     <mo>,</mo>
     <mn>0</mn>
     <mo>,</mo>
     <mn>200</mn>
    </mrow>
    <mo>}</mo>
   </mrow>
   <mo>,</mo>
   <mrow>
    <mi>PlotPoints</mi>
    <mo>&rightarrow;</mo>
    <mn>200</mn>
   </mrow>
  </mrow>
  <mo>]</mo>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Graphics">
 <img src="HTMLFiles/Lecture-23_7.gif" alt="[Graphics:HTMLFiles/Lecture-23_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="Text">
 Undamped Near Resonance:
</p>



<p class="Input">
 <a id="mmtag_23_harmonic_oscillator__example__forced_undamped_near_resonance"></a>
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mi>Plot</mi>
  <mo>[</mo>
  <mrow>
   <mrow>
    <mi>Evaluate</mi>
    <mo>[</mo>
    <mrow>
     <mi>y</mi>
     <mo>[</mo>
     <mrow>
      <mn>1</mn>
      <mo>,</mo>
      <mn>0</mn>
      <mo>,</mo>
      <mrow>
       <mrow>
        <mn>1</mn>
        <mo>/</mo>
        <mn>2</mn>
       </mrow>
       <mtext> </mtext>
       <mo>+</mo>
       <mtext>  </mtext>
       <mn>0.05</mn>
      </mrow>
      <mo>,</mo>
      <mrow>
       <mn>1</mn>
       <mo>/</mo>
       <mn>2</mn>
      </mrow>
     </mrow>
     <mo>]</mo>
    </mrow>
    <mo>]</mo>
   </mrow>
   <mo>,</mo>
   <mrow>
    <mo>{</mo>
    <mrow>
     <mi>t</mi>
     <mo>,</mo>
     <mn>0</mn>
     <mo>,</mo>
     <mn>200</mn>
    </mrow>
    <mo>}</mo>
   </mrow>
   <mo>,</mo>
   <mrow>
    <mi>PlotPoints</mi>
    <mo>&rightarrow;</mo>
    <mn>200</mn>
   </mrow>
  </mrow>
  <mo>]</mo>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Graphics">
 <img src="HTMLFiles/Lecture-23_8.gif" alt="[Graphics:HTMLFiles/Lecture-23_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="Text">
 Damped Resonance:
</p>



<p class="Input">
 <a id="mmtag_23_harmonic_oscillator__example__forced_damped_resonance"></a>
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mi>Plot</mi>
  <mo>[</mo>
  <mrow>
   <mrow>
    <mi>Evaluate</mi>
    <mo>[</mo>
    <mrow>
     <mi>y</mi>
     <mo>[</mo>
     <mrow>
      <mn>1</mn>
      <mo>,</mo>
      <mrow>
       <mn>1</mn>
       <mo>/</mo>
       <mn>10</mn>
      </mrow>
      <mo>,</mo>
      <mrow>
       <mn>1</mn>
       <mo>/</mo>
       <mn>2</mn>
      </mrow>
      <mo>,</mo>
      <mrow>
       <mn>1</mn>
       <mo>/</mo>
       <mn>2</mn>
      </mrow>
     </mrow>
     <mo>]</mo>
    </mrow>
    <mo>]</mo>
   </mrow>
   <mo>,</mo>
   <mrow>
    <mo>{</mo>
    <mrow>
     <mi>t</mi>
     <mo>,</mo>
     <mn>0</mn>
     <mo>,</mo>
     <mn>200</mn>
    </mrow>
    <mo>}</mo>
   </mrow>
  </mrow>
  <mo>]</mo>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Graphics">
 <img src="HTMLFiles/Lecture-23_9.gif" alt="[Graphics:HTMLFiles/Lecture-23_9.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">
 Overdamped Resonance:
</p>



<p class="Input">
 <a id="mmtag_23_harmonic_oscillator__example__forced_overdamped_resonance"></a>
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mi>Plot</mi>
  <mo>[</mo>
  <mrow>
   <mrow>
    <mi>Evaluate</mi>
    <mo>[</mo>
    <mrow>
     <mi>y</mi>
     <mo>[</mo>
     <mrow>
      <mn>1</mn>
      <mo>,</mo>
      <mn>10</mn>
      <mo>,</mo>
      <mrow>
       <mn>1</mn>
       <mo>/</mo>
       <mn>2</mn>
      </mrow>
      <mo>,</mo>
      <mrow>
       <mn>1</mn>
       <mo>/</mo>
       <mn>2</mn>
      </mrow>
     </mrow>
     <mo>]</mo>
    </mrow>
    <mo>]</mo>
   </mrow>
   <mo>,</mo>
   <mrow>
    <mo>{</mo>
    <mrow>
     <mi>t</mi>
     <mo>,</mo>
     <mn>0</mn>
     <mo>,</mo>
     <mn>200</mn>
    </mrow>
    <mo>}</mo>
   </mrow>
  </mrow>
  <mo>]</mo>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Graphics">
 <img src="HTMLFiles/Lecture-23_10.gif" alt="[Graphics:HTMLFiles/Lecture-23_10.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">
 Damped Near Resonance:
</p>



<p class="Input">
 <a id="mmtag_23_harmonic_oscillator__example__forced_damped_near_resonance"></a>
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mi>Plot</mi>
  <mo>[</mo>
  <mrow>
   <mrow>
    <mi>Evaluate</mi>
    <mo>[</mo>
    <mrow>
     <mi>y</mi>
     <mo>[</mo>
     <mrow>
      <mn>1</mn>
      <mo>,</mo>
      <mtext>.05</mtext>
      <mo>,</mo>
      <mrow>
       <mrow>
        <mn>1</mn>
        <mo>/</mo>
        <mn>2</mn>
       </mrow>
       <mtext> </mtext>
       <mo>+</mo>
       <mtext>  </mtext>
       <mn>0.05</mn>
      </mrow>
      <mo>,</mo>
      <mrow>
       <mn>1</mn>
       <mo>/</mo>
       <mn>2</mn>
      </mrow>
     </mrow>
     <mo>]</mo>
    </mrow>
    <mo>]</mo>
   </mrow>
   <mo>,</mo>
   <mrow>
    <mo>{</mo>
    <mrow>
     <mi>t</mi>
     <mo>,</mo>
     <mn>0</mn>
     <mo>,</mo>
     <mn>200</mn>
    </mrow>
    <mo>}</mo>
   </mrow>
   <mo>,</mo>
   <mrow>
    <mi>PlotPoints</mi>
    <mo>&rightarrow;</mo>
    <mn>200</mn>
   </mrow>
  </mrow>
  <mo>]</mo>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Graphics">
 <img src="HTMLFiles/Lecture-23_11.gif" alt="[Graphics:HTMLFiles/Lecture-23_11.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">
 Heavily damped Near Resonance:
</p>



<p class="Input">
 <math xmlns='http://www.w3.org/1998/Math/MathML'>
 <mrow>
  <mi>Plot</mi>
  <mo>[</mo>
  <mrow>
   <mrow>
    <mi>Evaluate</mi>
    <mo>[</mo>
    <mrow>
     <mi>y</mi>
     <mo>[</mo>
     <mrow>
      <mn>1</mn>
      <mo>,</mo>
      <mn>2.5</mn>
      <mo>,</mo>
      <mrow>
       <mrow>
        <mn>1</mn>
        <mo>/</mo>
        <mn>2</mn>
       </mrow>
       <mtext> </mtext>
       <mo>+</mo>
       <mtext>  </mtext>
       <mn>0.05</mn>
      </mrow>
      <mo>,</mo>
      <mrow>
       <mn>1</mn>
       <mo>/</mo>
       <mn>2</mn>
      </mrow>
     </mrow>
     <mo>]</mo>
    </mrow>
    <mo>]</mo>
   </mrow>
   <mo>,</mo>
   <mrow>
    <mo>{</mo>
    <mrow>
     <mi>t</mi>
     <mo>,</mo>
     <mn>0</mn>
     <mo>,</mo>
     <mn>200</mn>
    </mrow>
    <mo>}</mo>
   </mrow>
   <mo>,</mo>
   <mrow>
    <mi>PlotPoints</mi>
    <mo>&rightarrow;</mo>
    <mn>200</mn>
   </mrow>
  </mrow>
  <mo>]</mo>
 </mrow>
</math>
</p>

<p class="Graphics">
 <img src="HTMLFiles/Lecture-23_12.gif" alt="[Graphics:HTMLFiles/Lecture-23_12.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>

<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;(December 18, 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>
