
- •9 Ду. Занятие 5
- •Данное уравнение решаем, применяя общий алгоритм:
- •Данное уравнение решаем, применяя общий алгоритм:
- •Данное уравнение решаем, применяя алгоритм введения параметра:
- •Данное уравнение решаем, применяя общий алгоритм:
- •Применим общий алгоритм введения параметра:
- •Данное уравнение решаем, применяя общий алгоритм:
- •Данное уравнение решаем, применяя общий алгоритм:
Данное уравнение решаем, применяя алгоритм введения параметра:
a1.
Примем y′=p
→ исходное уравнение
принимает вид: y=
p2+2xp+x2.
a2. Учитывая, что p есть функция от x, продифференцируем выражение для y по переменной x, сразу заменяя y′=p: p=(p+2x) +2p+2x, или: (p+2x)( +1)=0. (2.1)
a3. Из равенства (2.1) получаем:
▪ p= –2x → dy= –2xdx → y= –x2+С. Подставив функцию y= –x2+С в исходное уравнение, получим требование С=0. Итак, y= –x2 есть решение заданного ДУ.
▪ dp= –dx
→ p=
–x+С
→
dy=(С–x)
→ y=Сx–
.
Подставив функцию y=
Сx–
в исходное уравнение, получим:
y=Сx+
(С2–x2).
a4. Итак, получено общее решение: y=Сx+ (С2–x2) – семейство парабол. Частное решение: y= –x2 не может быть получено из общего и потому является особым.
Ответ: y=Сx+ (С2–x2) – общее решение уравнения. Решение y= –x2 – особое решение ДУ.
Пример 3–119: Найти общее решение уравнения: x=y′cosy′.
Решение:
a0. Форма записи уравнения имеет вид: x=φ(y′).
Данное уравнение решаем, применяя общий алгоритм:
a1. Примем y′=p. Тогда исходное уравнение принимает вид: x==φ(p)=pcosp.
a2. Учитывая: y′= , или dy=pdx, запишем dx=φ′(p)dp, где: φ′(p)=cosp–psinp. Получаем уравнение для нахождения y: dy=pφ′(p)dp=p(cosp–psinp)dp.
a3.
Вычислим: y=
+С=
–
=J1–J2+С.
Интеграл J1
«табличный»: J1=psinp+cosp.
Применяя к J2
«интегрирование по частям», получим
выражение: J2=
–p2cosp+2
=
–p2cosp+2J1.
Окончательно:
y= p2cosp–psinp–cosp +С.
a4.
Система уравнений:
определяет общее решение исходного
уравнения в параметрической форме.
Ответ:
– общее решение в
параметрической форме.
Пример 4–121:
Найти общее решение уравнения: x=
+
в параметрической форме.
Решение:
a0.
Форма записи
уравнения имеет вид: x=φ(y,y′).
Если заменить y′=
,
то получится уравнение: x=
x′∙ y
+ x′2
. Это уравнение Клеро! Будем считать,
что мы этого не заметили, и решим его по
общей схеме для уравнений, не разрешенных
относительно производной.
Применим общий алгоритм введения параметра:
a1.
Примем y′=p.
Тогда исходное уравнение
принимает вид: x=φ(y,p)=
+
,
причем p
является функцией от y
(!) через посредство x.
a2. Учитывая: y′= , продифференцируем равенство x=φ(y,p) по y:
=
–
–2
→
(2+py)
=0.
a3. Из последнего получим продолжение:
а) =0 → p=С → общее решение: x=Сy+С2;
б) 2+py =0 → 2dx+ydy =0 → 4x+y2=0 – особое решение (из общего решения не получается ни при каком значении С!).
Ответ: x=Сy+С2 – общее решение, 4x+y2=0 – особое решение.
Пример 5–123:
Найти решение уравнения Лагранжа:
y=2xy′
+
,
применяя метод введения параметра.
Решение:
a0. Форма записи уравнения имеет вид: y=φ(y′)∙x+ψ(y′), где φ(y′)=2y′ и ψ(y′)= .
Данное уравнение решаем, применяя общий алгоритм:
a1.
Примем y′=p
→ исходное уравнение
принимает вид: y=φ(p)∙x+ψ(p)=
2xp +
.
a2. Дифференцируя последнее по x имеем: p–φ(p)=[x∙φ′(p)+ψ′(p)] .
a3. Запишем равенство: p–φ(p)=p–2p=–p=0, его решение: p0=0. Учитывая p0 ≡φ(p0), запишем: y=φ(p0)∙x+ψ(p0), что невозможно, так как ψ(p0) не существует.
a5.
Теперь p–φ(p)≠0.
Для нахождения x решим:
–x
=
– линейное уравнение. В нашем случае:
–x
=
,
или
+
x=
:
линейное уравнение.
Данное линейное уравнение решаем, применяя общий алгоритм:
a5. Решение уравнения ищем в виде функции: x=u∙v.
a6.
Вычислим: –
=–
=–2ln|p|,
и запишем: u=
,
то есть u
=
.
a8.
Вычислим функцию v: v =
+С=
2
+С
= –
+С.
a9. Запишем общее решение линейного уравнения для x:
x=u∙v=
∙
=
–
.
a10.
Если в выражение:
y=2xp
+
подставить найденное выражение для
x,
то для y
получим выражение через параметр p:
y=
–
.
a11.
Составляем систему:
Это решение уравнения в параметрической
форме.
a12. Пробуем исключить из системы параметр p → F(x,y,C)=0 – общий интеграл. В нашем случае «можно не пробовать»!
Ответ: – решение уравнения в параметрической форме.
Пример 6–125: Найти решение уравнения Лагранжа: y= y′x+ y′lny′, применяя метод введения параметра.
Решение:
a0. Форма записи уравнения имеет вид: y=φ(y′)∙x+ψ(y′), где φ(y′)= y′ и ψ(y′)= y′lny′.
Данное уравнение решаем, применяя общий алгоритм:
a1. Примем y′=p → исходное уравнение принимает вид: y=φ(p)∙x+ψ(p)=x∙ p+ plnp.
a2. Дифференцируя последнее по x имеем: p–φ(p)=[x∙φ′(p)+ψ′(p)] . В нашем случае это равенство: p– p = [x∙1+lnp+1] , или p=[x+lnp+1] .
a3. Запишем равенство: p–φ(p)=p=0, его решения: p0=0. запишем: y=φ(p0)∙x+ψ(p0), что невозможно, так как ψ(p0) не существует.
a4.
Теперь p–φ(p)≠0.
Для нахождения x решим:
–x
=
– линейное уравнение. В нашем случае:
–x
=
=0.
Данное линейное уравнение решаем, применяя общий алгоритм:
a5. Решение уравнения ищем в виде функции: x=u∙v.
a6.
Вычислим: –
=
=ln|p|,
и запишем: u=
,
то есть u
=p.
a8.
Вычислим функцию v: v =
+С=
+С
=–
(lnp+2)+С.
a9. Запишем общее решение линейного уравнения для x:
x=u∙v=p
∙
=Cp–lnp–2.
a10. Если в выражение: y=x∙ p+ plnp подставить выражение для x, то для y получим выражение через параметр p: y= Cp2–p.
a11.
Составляем систему:
Это решение уравнения в параметрической
форме.
a12. Пробуем исключить из системы параметр p → F(x,y,C)=0 – общий интеграл. В нашем случае «можно не пробовать»!
Ответ: – решение уравнения в параметрической форме.
Пример 5–177: Найти уравнение кривой, проходящей через точку (3,1), если длина отрезка оси абсцисс, отсекаемого любой ее касательной на оси ординат, равна поднормали.
Р
ешение:
В Примере 1–19 получены выражения для указанных в условии: А=(0,y–y′х) и ND =(–yy′,0).
Замечание: В условии задачи допущена некорректность. Необходимо уточнить: ОА=(0,y–y′х), |ОА|=|y–y′х|, |ND|=|yy′|, тогда условие задачи: |ОА|=|ND|.
Необходимо рассмотреть два случая:
▪ Случай-1: y–y′х = –yy′; (1)
▪ Случай-2: y–y′х = yy′. (2)
Случай-1.
a0.
Из условия (1)
запишем: y=
∙х.
Форма записи
уравнения имеет вид уравнения Лагранжа:
y=φ(y′)∙x+ψ(y′),
где φ(y′)=
и ψ(y′)=0.