Найти общее решение (общий интеграл) дифференциального уравнения второго порядка - x...

+212 голосов
2.6m просмотров

Найти общее решение (общий интеграл) дифференциального уравнения второго порядка - x (y"+1)=-y'


Математика | 2.6m просмотров
Дан 1 ответ
+85 голосов

Ответ:

y=C_1\ln|x|-\frac{x^2}{4}+C_2

Пошаговое объяснение:

x(y''+1)=-y'

Это уравнение допускает понижение порядка с помощью следующей замены: y'=u

image xu'+x=-u => xu'+u=-x;" alt="x(u'+1)=-u => xu'+x=-u => xu'+u=-x;" align="absmiddle" class="latex-formula">

Это неоднородное линейное уравнение. Его общее решение можно представить в виде суммы общего решения однородного уравнения и частного решения неоднородного: u=u_o+\bar u

Рассмотрим однородное уравнение:

image x\frac{du}{dx} = -u => \frac{du}{u}=-\frac{dx}{x} => \ln|u|=-\ln|x|+\ln|C|=>\ln|u|=\ln|\frac{C}{x}| => u_o=\frac{C}{x}" alt="xu'+u=0 => x\frac{du}{dx} = -u => \frac{du}{u}=-\frac{dx}{x} => \ln|u|=-\ln|x|+\ln|C|=>\ln|u|=\ln|\frac{C}{x}| => u_o=\frac{C}{x}" align="absmiddle" class="latex-formula">

Частное решение неоднородного уравнения имеет смысл искать в виде: \bar u = Ax+B:

image 2Ax+B=-x => A=-\frac{1}{2}, B=0 => \bar u = -\frac{x}{2}" alt="xA+Ax+B=-x => 2Ax+B=-x => A=-\frac{1}{2}, B=0 => \bar u = -\frac{x}{2}" align="absmiddle" class="latex-formula">

То есть общее решение есть: u = \frac{C}{x} -\frac{x}{2}

Возвращаемся к замене:

image y=\int (\frac{C}{x}-\frac{x}{2})dx = C_1\ln|x|-\frac{x^2}{2} + C_2" alt="y' = \frac{C}{x} - \frac{x}{2} => y=\int (\frac{C}{x}-\frac{x}{2})dx = C_1\ln|x|-\frac{x^2}{2} + C_2" align="absmiddle" class="latex-formula">

(5.9k баллов)