高阶微分方程

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  • 1)记p=dy/dx,那么d²y/dx²=dp/dx=(dp/dy)(dy/dx)=pdp/dy,代回原式得到:

    y³(pdp/dy)+1=0

    分离变量得到:pdp=-dy/y³

    两侧积分整理得到:p²=1/y²+C

    代入初始条件y(1)=1和y'(1)=0解得常数C:0²=1/1²+C

    解得C=-1

    所以dy/dx=p=±√[(1/y²)-1]=±[√(1-y²)]/y

    再次分离变量得到:ydy/√(1-y²)=±dx

    积分得到:√(1-y²)=±x+D

    代入初始条件y(1)=1解得常数D:D=±1(与x的系数异号)

    得到结果:√(1-y²)=±(x-1)

    整理:(x-1)²+y²=1

    2)记p=dy/dx,那么d²y/dx²=dp/dx,代回原式得到:

    xdp/dx=p-xp²

    整理得到:dp/dx-(p/x)=-p²

    注意观察此方程为p关于x的伯努利方程,记z=1/p,那么dp/dx=(dp/dz)(dz/dx)=(-1/z²)(dz/dx),代入上式得到:

    (-1/z²)(dz/dx)-(1/xz)=-1/z²

    整理得到:(dz/dx)+(z/x)=1

    显然该方程是一个一阶线性微分方程,直接套公式得到:

    dx/dy=1/p=z=(x²+C)/(2x)

    分离变量得到:2xdx/(x²+C)=dy

    两侧积分得到:ln(x²+C)=y+D【C和D均为常数】