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一阶线性微分方程笔记

考研微分方程计算中,并未包含伯努利方程的要求,但一样可以通过变量代换实现求解。下题为一个经典的变量代换求解,但自己发现却可以使用更巧妙的办法解答,张宇解析中并没有提及,因此记录在此。

求 xdy=(1+ylnx)ydx(x>0)xdy=(1+ylnx)ydx (x>0)


变量代换:

⇒\Rightarrow xy′=y+y2lnxxy'=y+y^2lnx

⇒\Rightarrow xy2y′=1y+lnx\frac{x}{y^2}y'=\frac{1}{y}+lnx

令t = 1y\frac{1}{y},那么dtdx=−1y2dydx\frac{dt}{dx}=-\frac{1}{y^2}\frac{dy}{dx}

⇒\Rightarrow −xdtdx=t+lnx-x\frac{dt}{dx}=t+lnx

凑出一阶线性微分方程形式

⇒\Rightarrow dtdx+1xt=−lnxx\frac{dt}{dx}+\frac{1}{x}t=-\frac{lnx}{x}

⇒\Rightarrow t=e−∫1xdx(∫e∫1xdx(−lnxx)dx+C)t=e^{-\int{\frac{1}{x}dx}}(\int{e^{\int{\frac{1}{x}dx}}(-\frac{lnx}{x})dx}+C)

⇒\Rightarrow t=1x(∫x(−lnxx)dx+C)=−1x(xlnx−x+C)=1yt=\frac{1}{x}(\int{x(-\frac{lnx}{x})dx}+C)=-\frac{1}{x}(xlnx-x+C)=\frac{1}{y}

⇒\Rightarrow x=xy−xylnx+Cyx=xy-xylnx+Cy


凑导数形式:

⇒\Rightarrow xy′=y+lnxy2xy'=y+lnxy^2

⇒\Rightarrow y−xy′y2=−lnx\frac{y-xy'}{y^2}=-lnx

⇒\Rightarrow (xy)′=−lnx(\frac{x}{y})'=-lnx

⇒\Rightarrow −xy=xlnx−x+C-\frac{x}{y}=xlnx-x+C

⇒\Rightarrow x=xy−xylnx+Cyx=xy-xylnx+Cy