Дифференциальное уравнение первого порядка имеет вид
(1).
Решив уравнение (1) относительно , если это возможно, получим:
(2).
Общим решением дифференциального уравнения первого порядка называется функция , содержащая одну произвольную постоянную С и удовлетворяющая условиям:
1. Функция является решением дифференциального уравнения при каждом фиксированном значении С.
2. Каково бы ни было начальное условие , можно найти такое значение постоянной , что функция удовлетворяет данному начальному условию.
Частным решением дифференциального уравнения первого порядка называется любая функция , полученная из общего решения при конкретном значении постоянной .
С геометрической точки зрения есть семейство интегральных кривых плоскости Оху; частное решение - одна кривая этого семейства, проходящая через точку .
Задача отыскания решения дифференциального уравнения первого порядка, удовлетворяющего заданному начальному условию, называется задачей Коши.
Справедлива следующая теорема о существовании и единственности решения дифференциального уравнения (2).
Теорема (Коши). Если в уравнении функция и ее частная производная непрерывны в некоторой области D на плоскости хОу, содержащей точку , то существует единственное решение этого уравнения, удовлетворяющее условию .
Геометрический смысл этой теоремы состоит в том, что при выполнении ее условий существует единственная интегральная кривая дифференциального уравнения, проходящая через точку .
Дифференциальные уравнения первого порядка с разделяющимися переменными
Определение: Уравнение вида
называется уравнением с разделяющимися переменными.
Решение:.
Разделив обе части на , получим:
.
Проинтегрировав, обе части уравнения, получим:
.
Пример. Найти общий интеграл уравнения: .
Решение: ,
,
Разделим обе части уравнения на , получим:
,
проинтегрируем обе части
,
Ответ: .
Однородные дифференциальные уравнения
К уравнению с разделяющимися переменными приводятся однородные дифференциальные уравнения первого порядка.
Определение: Функция называется однородной функцией n-го порядка, если при умножении каждого аргумента на произвольный множитель вся функция умножится на , т е.
Например, функция есть однородная функция четвертого порядка, поскольку
Определение: Дифференциальное уравнение
называется однородным, если функция есть однородная функция нулевого порядка.
Это уравнение приводится к виду , и решается подстановкой или и .
Однородное уравнение часто задается в дифференциальной форме
,
где и - однородные функции одинакового порядка.
Пример. Найти общий интеграл уравнения
.
Решение: Данное уравнение однородное, т. к. функции и - однородные функции второго порядка.
Положим , тогда . Подставляем в исходное уравнение:
,
,
,
.
Разделим, и левую, и правую стороны на , получаем:
,
отсюда, интегрируя, находим
,
,
.
Подставляя , получим общий интеграл исходного уравнения:
,
Ответ:.