3. Диференціальне рівняння першого порядку. Загальні поняття.

Диференціальне рівняння першого порядку має вигляд . Якщо це рівняння можна розв`язати відносно , то його можна подати у вигляді . В цьому випадку говорять, що рівняння розв`язане відносно похідної.

Задача Коші для диференціального рівняння першого порядку полягає в тому, щоб знайти такий розв`язок цього рівняння , для якого . Ці умови називаються початковими умовами. Їх записують також у вигляді , або при . . Розв`язок задачі Коші дає наступна теорема.

Теорема Коші. Якщо в рівнянні функція і її частинна похідна неперервні в деякій області , яка містить точку , то існує єдиний розв`язок цього рівняння , який задовольняє початковим умовам .

Геометричний зміст теореми : існує єдиний розв`язок диференціального рівняння

, графік якого проходить через задану точку . З теореми Коші випливає, що диференціальне рівняння має незлічену множину розв`язків ( наприклад, розв`язки, графік яких проходить через точки , якщо ці точки належать до області ).

Означення 1. Загальним розв`язком диференціального рівняння називається функція , яка залежить від сталої і задовольняє умови:

1) для будь-якого вона є розв`язком диференціального рівняння;

2) для довільних початкових умов існує таке значення , що . .

Означення 2. Частинним розв`язком диференціального рівняння називається розв`язок, який отримують із загального при конкретному значенні за допомогою початкових умов.

Якщо розв`язок дістаємо у неявному вигляді , то це загальний, або частинний

інтеграл диференціального рівняння.

З геометричної точки зору загальний розв`язок диференціального рівняння - це сім`я інтегральних кривих, а частинний розв`язок – одна з ліній сім`ї, яка проходить через задану точку .

Розв`язати або проінтегрувати диференціальне рівняння – це означає:

1. знайти загальний розв`язок або загальний інтеграл (якщо початкові умови не задані);

2) знайти частинний розв`язок диференціального рівняння, який задовольняє заданим початковим умовам (якщо вони є).

4. Рівняння з відокремлюваними змінними.

Означення. Диференціальним рівнянням з відокремлюваними змінними називається рівняння вигляду

(4.1)

Порівняно із загальним виглядом рівняння першого порядку маємо

. Далі маємо , або

(4.2)

Якщо вважати функцією від , то маємо рівняння двох диференціалів, тому їх первісні відрізняються на довільну сталу. Інтегруючи рівність (4.2), одержимо загальний інтеграл диференціального рівняння

(4.3)

Зауваження. Диференціальне рівняння з відокремлюваними змінними можна подати у вигляді

, де . Тепер маємо .Це рівняння з відокремленими змінними. Інтегруючи, знайдемо загальний інтеграл диференціального рівняння.

Приклад. Знайти частинний розв`язок рівняння

Зробимо перетворення

і відокремимо змінні (поділивши обидві частини рівняння на ):

зінтегрувавши рівняння, одержимо

,

або

Визначимо з початкових умов довільну сталу:

а потім, підставивши знайдене значення довільної сталої у загальний інтеграл, знайдемо шуканий частинний інтеграл

або