Определение: Дифференциальное уравнение с разделяющимися переменными имеет вид
M1(x)·N1(y))dx + M2(x)·N2(y)dy=0.
Алгоритм решения:
1) Поделим все члены уравнения на N1(y)·M2(x), получим:
, здесь переменные разделены.
2) Интегрируем обе части равенства:
,
после чего находим общее решение данного дифференциального уравнения в виде
Пример: Найти общее решение дифференциального уравнения:
соs2y·ctgxdx + sin2x tgydy=0.
Решение:
Разделим на cos2y·sin2y
, переменные разделены.
Проинтегрируем обе части полученного равенства.
Интегралы находим методом подстановки.
или
Произведя обратную подстановку, получим:
или
Отсюда,
Ответ: - общее решение уравнения.
Линейные дифференциальные уравнения первого порядка
Определение: Уравнение вида называется линейным дифференциальным уравнением первого порядка.
Уравнения такого вида сводятся к двум уравнениям с разделяющимися переменными с помощью подстановки , где , - некоторые функции, зависящие от x.
Алгоритм решения:
1) Вводится подстановка , тогда .
2) Исходное уравнение принимает вид:
.
3) Группируются слагаемые при u.
.
4) Выражение в скобках приравнивается к нулю:
.
Это уравнение с разделяющимися переменными, решая его, находим .
5) Полученное значение v подставляется в выражение:
.
Решив уравнение с разделяющимися переменными, получим функцию .
6) Общее решение уравнения запишется в виде:
.
Пример 1: Найти общее решение уравнения
.
Решение: Обозначим , тогда .
Уравнение примет вид .
Вынесем во втором и третьем слагаемом общий множитель за скобки, получим .
Выражение в скобках приравняем к нулю v′ - vtgx = 0
Перепишем в виде
Умножая обе части уравнения на , получим ,
интегрируем
находим , применим замену
получим ,
откуда или , .
Пропотенцируем обе части равенства v = .
Найденную функцию подставим в выражение и решим полученное уравнение
du = sinx∙cos∙xdx или
Интегрируем ,
Получим .
Зная функции u и v, можно записать ответ.
Ответ: Общее решение уравнения у = .
Пример 2: Найти частное решение дифференциального уравнения , если при .
Решение: Пусть , тогда .
Отсюда, .
Вынесем u за скобки: .
Приравняв скобку к 0, получим: .
Отсюда, , .
Интегрируем ,
, , .
Подставив в выражение , получим уравнение относительно функции u и решим его.
, , ,.
Проинтегрируем . Функция .
Запишем общее решение уравнения: .
Частное решение найдем из условия при .
, , .
Частное решение заданного уравнения имеет вид: .
Ответ: - частное решение уравнения.