x*y039;+y=x^3помогите решить дифференциальные уравнения первого порядка.

X*y'+y=x^3
помогите решить дифференциальные уравнения первого порядка.

Задать свой вопрос
1 ответ
Для удобства поделим левую и правую доли дифференциального уравнения на x:
   y'+ \fracyx =x^2
Систематизация: Дифференциальное уравнение первого порядка, разрешенной относительно производной, линейное неоднородное.

Данное дифференциальное уравнение можно решить 2-мя методами. 1-ое это метод Бернулли, а второе - способ Лагранжа. Приведу эти методы вкупе. 

Способ Бернулли.

Введём замену переменных y=uv, тогда по правилу дифференцирования 2-ух функций: y'=u'v+uv'. Получим:

u'v+uv'+ \fracuvx=x^2
u'v+u(v'+\fracvx)=x^2

Это решение состоит из 2-ух шагов: 1) это принять 2-ое слагаемое одинаковым 0; 
v'+\fracvx=0 - дифференциальное уравнение с разделяющимися переменными.
 \dfracdvv \displaystyle=- \fracdxx ;\Rightarrow \int \fracdvv=-\int \fracdxx  ;\Rightarrow \lnv=-\lnx
     откуда получаем v= \frac1x

Так как 2-ое слагаемое приравнивается нулю, то подставив найденную функцию v(x) в уравнение, получим

u'\cdot \frac1x =x^2\\ \\ u'=x^3\\ \\ u=\displaystyle \int x^3dx= \fracx^44 +C

Тогда, осуществив оборотную замену, общее решение данного ДУ:

      y=\bigg(\displaystyle \fracx^44 +C\bigg)\cdot \frac1x =\fracx^34 + \fracCx

Метод Лагранжа.
Найдем поначалу общее решение подходящего однородного уравнения:
  y'+ \fracyx =0 - уравнение с разделяющимися переменными.

Деля переменные и проинтегрировав, получим общее решение однородного уравнения:
\displaystyle \int \fracdyy =-\int \fracdxx ;\Rightarrow y= \fracCx

Примем константу за функцию, т.е. C=C(x) и имеем y= \dfracC(x)x
Тогда дифференцируя по правилу частности 2-ух функций, получим
 y'=\dfracxC'(x)-C(x)x^2

И тогда, подставив эти данные в начальное уравнение, получаем

\dfracxC'(x)-C(x)x^2 + \dfracC(x)x^2 =x^2\\ \\ \\ C'(x)=x^3;\Rightarrow C(x)=\displaystyle \int x^3dx= \fracx^44+C_1

И, возвратясь к обратной замене, получаем общее решение линейного неоднородного уравнения:
       y=\displaystyle \frac\fracx^44+C_1 x = \fracx^34+ \fracC_1x
, оставишь ответ?
Имя:*
E-Mail:


Последние вопросы

Добро пожаловать!

Для того чтобы стать полноценным пользователем нашего портала, вам необходимо пройти регистрацию.
Зарегистрироваться
Создайте собственную учетную запить!

Пройти регистрацию
Авторизоваться
Уже зарегистрированны? А ну-ка живо авторизуйтесь!

Войти на сайт