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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。

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=e1xdx(e1xdx(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(xlnxx+C)=1yt=\frac{1}{x}(\int{x(-\frac{lnx}{x})dx}+C)=-\frac{1}{x}(xlnx-x+C)=\frac{1}{y}

\Rightarrow x=xyxylnx+Cyx=xy-xylnx+Cy


凑导数形式:

\Rightarrow xy=y+lnxy2xy'=y+lnxy^2

\Rightarrow yxyy2=lnx\frac{y-xy'}{y^2}=-lnx

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

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

\Rightarrow x=xyxylnx+Cyx=xy-xylnx+Cy