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Терёхина, Фикс - Высшая математика

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d) nAHODIM OB]IJ INTEGRAL

ZAWISIT TOLXKO OT x, A DRUGAQ { TOLXKO OT y, T.E.

 

 

y0 = f1(x) f2(y)

ILI

y0

=

f1(x)

 

ILI

y0

=

f2(y)

:

f2(y)

f1(x)

aNALOGI^NO, ESLI URAWNENIE IZNA^ALXNO ZADANO W DIFFERENCIALXNOJ FORME M(x y) dx + N(x y) dy = 0, TO ONO BUDET URAWNENIEM S RAZ- DELQ@]IMISQ PEREMENNYMI TOLXKO W TOM SLU^AE, ESLI FUNKCII PRI DIFFERENCIALAH dx I dy UVE QWLQ@TSQ, ILI MOGUT BYTX PREDSTAW- LENY KAVDAQ W WIDE PROIZWEDENIQ (ILI OTNO[ENIQ) DWUH FUNKCIJ, ODNA IZ KOTORYH ZAWISIT OT x, A DRUGAQ OT y NAPRIMER W WIDE f1(x) f2(y) dx + g1(x) g2(y) dy = 0: rE[ENIE URAWNENIQ S RAZDELQ@]I- MISQ PEREMENNYMI OSU]ESTWLQETSQ PO\TAPNO:

1. pUSTX ISHODNOE URAWNENIE IMEET WID y0

= f(x y):

 

a) pREDSTAWLQEM FUNKCI@ W WIDE PROIZWEDENIQ

 

 

f(x y) = f1(x) f2(y),

ISPOLXZUQ RAZLI^NYE ALGEBRAI^ESKIE PRIEMY

.

 

 

y0 = dy

 

b) zAMENQEM PROIZWODNU@ OTNO[ENIEM

: uRAWNENIE PRI-

MET WID dydx

 

 

 

 

 

dx

 

 

= f1(x) f2(y):

 

 

 

 

c) uMNOVAEM OBE ^ASTI URAWNENIQ NA dx I, ODNOWREMENNO, DELIM

NA FUNKCI@ f2(y) STOQ]U@ NE U "SWOEGO" DIFFERENCIALA. pOLU-

^IM

 

dy

= f1(x) dx:

pEREMENNYE RAZDELENY

.

 

 

 

 

 

 

f2(y)

 

 

 

 

 

 

d) iNTEGRIRUEM OBE ^ASTI POLU^ENNOGO URAWNENIQ

 

 

 

 

 

 

dy

 

 

 

 

 

 

 

Z

 

 

= Z

f1(x) dx + C:

 

 

 

 

 

 

f2(y)

 

 

 

2.

eSLI URAWNENIE ZADANO W NEQWNOJ FORME, TO SLEDUET IZ NEGO

WYRAZITX y0 W QWNOM WIDE I DALEE DEJSTWOWATX KAK UVE BYLO SKAZANO. 3. eSLI URAWNENIE ZADANO W FORME M(x y) dx + N(x y) dy = 0 TO a) PERENOSIM WTOROE SLAGAEMOE W PRAWU@ ^ASTX

b) KAVDU@ IZ DWUH FUNKCIJ PREDSTAWLQEM W WIDE PROIZWEDENIQ (ILI OTNO[ENIQ) SOMNOVITELEJ, NAPRIMER

f1(x)f2(y) dx = g1(x)g2(y) dy:

c) dELIM OBE ^ASTI URAWNENIQ NA PROIZWEDENIE FUNKCIJ f2(y)g1(x), STOQ]IH NE U "SWOIH" DIFFERENCIALOW.

Z f1(x) dx = Z g2(y) dy + C: g1(x) f2(y)

pREOBRAZOWANIE URAWNENIQ S CELX@ POLU^ENIQ URAWNENIQ S RAZDELEN- NYMI PEREMENNYMI NAZYWAETSQ R A Z D E L E N I E M PEREMENNYH.

92

1: y0 = (2y ; 1) tg x:

1) zAMENQEM y0 OTNO[ENIEM y0 = dy=dx:

2) uMNOVAEM OBE ^ASTI URAWNE- NIQ NA dx.

3) dELIM NA "STOQ]U@ NE U SWOEGO DIFFERENCIALA" FUNKCI@ (2y ; 1): w REZULXTATE \TIH DEJ- STWIJ PEREMENNYE RAZDELILISX. 4) iNTEGRIRUEM OBE ^ASTI URAW- NENIQ I UPRO]AEM POLU^ENNYJ REZULXTAT. OB]EE RE[ENIE:

2: y0 = y2 ln x :

(y ; 1) x

1) zAMENQEM PROIZWODNU@ y0 OT- NO[ENIEM DIFFERENCIALOW

y0 = dy=dx:

2)uMNOVAEM OBE ^ASTI URAWNE- NIQ NA dx:

3)uMNOVAEM OBE ^ASTI NA

(y ; 1) I DELIM NA y2:

4) iNTEGRIRUEM OBE ^ASTI URAW- NENIQ.

3: y y0 u + 1 = 0:

v1 ; x2

t1 ; y2

r E [ E N I E.

1)zAPI[EM URAWNENIE W QWNOM WIDE, T.E. WYRAZIM y0

2)zAMENQEM PROIZWODNU@ y0 OT- NO[ENIEM DIFFERENCIALOW y0 =

dy=dx:

3)uMNOVAEM NA dx A ZATEM UMNO- VAEM NA y I DELIM NA p1 ; y2:

4)iNTEGRIRUEM I POLU^AEM OB- ]IJ INTEGRAL.

1)

 

dxdy = (2y

; 1) tg x

 

 

 

 

2)

dy = (2y ; 1) tg x dx:

 

 

 

 

3)

 

 

dy

 

 

 

 

= tg x dx:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2y ;

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4)

 

Z

 

 

 

dy

 

 

 

 

 

= Z tg x dx + C

 

 

 

2y

;

1

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

; ln j cos xj + ln C

2 ln j2y

;

1j

=

q

2y ; 1

= C= cos x:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y =

1

(C= cos x)2 + 1=2:

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1)

dy

 

 

=

 

 

 

 

y2

 

ln x

 

 

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

(y

 

1) x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2) dy =

 

 

 

 

y2;ln x

 

 

dx:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(y ; 1) x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3)

(y ;

 

1)dy = ln x dx:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4)

Z

 

(y

; 1)

dy =

Z

 

ln x dx:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

Z

dy

 

 

 

 

 

 

 

 

dy

 

= Z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y ; Z

 

 

y2

 

 

ln x d(ln x):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ln y + 1

= ln2 x

+ C:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1) y0 = ;

 

 

1

;

y2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

 

 

 

 

 

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

1

 

 

x2

 

 

 

 

 

 

 

 

dy

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

;

y

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2)

dx

 

 

= ;

 

p

;

 

 

 

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

1 ;2

 

x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

3) dy =

 

 

 

 

 

 

 

p1 ; y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

:

 

 

 

 

;

 

 

 

 

p1

 

x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

;p

y dy

 

 

 

 

 

= p

 

dx

 

 

 

 

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

;

 

y2

 

1

;

 

x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4) q1 ; y2 = arcsin x + C:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y = q

1 ; (arcsin x + C)2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

93

4: 5x2+y y0 + x = 0:

1)iSPOLXZUQ SWOJSTWO POKAZA- TELXNOJ FUNKCII ax+y = axay, PE- REPI[EM URAWNENIE.

2)zAMENQEM PROIZWODNU@ y0 OT- NO[ENIEM DIFFERENCIALOW y0 =

dy=dx:

3)pERENOSIM x W PRAWU@ ^ASTX, UMNOVAEM NA dx I DELIM NA 5x2 :

4)iNTEGRIRUEM I POLU^AEM OB- ]IJ INTEGRAL.

5: p4 + x2 y0 + x y2 + x = 0:

1) wYNOSIM ZA SKOBKU x I PERE- NOSIM WYRAVENIE x (y2 + 1) W PRAWU@ ^ASTX URAWNENIQ.

2)zAMENQEM y0 = dy=dx:

3)uMNOVAEM OBE ^ASTI URAWNE-

NIQ NA dx I DELIM NA PROIZWE-

DENIE p4 + x2 (y2 + 1):

4) iNTEGRIRUEM OBE ^ASTI URAW- NENIQ:

6: y ; x y0 = 2 (1 + x2 y0):

1) rASKRYWAEM SKOBKI.

2) pERENOSIM SLAGAEMYE S y0 W ODNU ^ASTX URAWNENIQ, OSTALXNYE SLAGAEMYE { W DRUGU@. wYNOSIM y0 ZA SKOBKU.

3) zAMENQEM y0 = dy=dx: uMNOVAEM OBE ^ASTI URAWNENIQ NA dx I DELIM NA PROIZWEDENIE

(2x2 + x) (y ; 2):

4) iNTEGRIRUEM OBE ^ASTI URAW- NENIQ.

1) 5x2 5y y0 + x = 0:

x2 y dy

2) 5y 5 dx +x2 x = 0:

3) 5 dy = ;5; x dx:

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

2

 

4)

Z 5y dy =

22

Z 5;x

d(;x2):

 

5y

 

=

1

5;x

 

 

+

C

:

 

 

 

ln 5

2

ln 5

ln 5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5y =

1

 

5;x2 + C:

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

1)p4 + x2 y0 + x (y2 + 1) = 0 p4 + x2 y0 = ;x (y2 + 1)

2)p4 + x2 dxdy = ;x (y2 + 1)

 

 

 

dy

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x dx

 

 

 

 

 

 

 

3)

 

 

 

 

 

 

= ;

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y2 + 1

 

 

4 + x2

 

4) Z

 

 

 

 

dy

= ; Z

 

x dx

 

 

 

 

 

 

 

 

p

 

 

 

 

:

 

y2 + 1

 

4 + x2

 

 

 

arctg y = ;p4 + x2 + C:

1) y

 

 

 

x y0 = 2 + 2x2 y0

 

 

 

 

;2

+ x) y0 = (y ;

2)

 

2) (2x

 

3) (2x2 + x)

dxdy

= (y

; 2)

 

(2x2 + x) dy = (y ; 2) dx:

 

 

dy

 

 

=

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

:

 

 

 

 

 

 

 

 

y ;

2

2x2

+ x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

 

 

 

dy

 

 

 

 

Z

 

 

 

dx

 

 

 

4)

 

y

;

 

2 =

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2x2 + x:

 

ln jy ; 2j = ln

 

 

 

 

 

 

+ ln C:

 

2x + 1

 

 

 

 

 

 

y = 2 +

 

Cx

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2x + 1

 

 

 

 

 

 

 

94

7:

2

ydy ; 2xy

2

dx:

6xdx ; 6ydy = 3x

 

 

1) sOBIRAEM SLAGAEMYE S dx W OD-

NU ^ASTX URAWNENIQ, A SLAGAEMYE

S dy W DRUGU@.

2) wYNOSIM dx I dy ZA SKOBKI.

3) wYNOSIM 2x I 3y ZA SKOBKI

I DELIM NA PROIZWEDENIE (2 + x2) (3 + y2):

4) iNTEGRIRUEM OBE ^ASTI URAW- NENIQ.

8: 2y2;x2 =

y y0

:

 

 

 

x

 

 

 

2y2

y

y0 =)

2y2

y dy

 

2x2

= x

2x2 = x dx

:

x

2;x2 dx = y 2;y2 dy:

 

 

 

Z

x 2;x2 dx = Z y 2;y2

dy:

 

 

1 2;x2

1 C

 

 

1 2;y2

 

;2

 

; 2

 

= ;2

 

:

ln 2

ln 2

ln 2

2;y2 = 2;x2 + C:

10: y (1 + ln y) + x y0 = 0:

 

 

 

 

 

dy

 

y (1 + ln y) = ;x dx

 

 

 

dy

 

dx

 

 

 

 

= ; x

 

 

y (1 + ln y)

 

Z

d(1 + ln y)

= ; ln x + ln C

1 + ln y

 

ln j1 + ln yj = ; ln x + ln C 1 + ln y = Cx =) y = eC=x;1:

1)6xdx + 2xy2dx= 6ydy+3x2ydy

2)(6x + 2xy2)dx = (6y + 3x2y)dy

3)2x (3 + y2) dx = 3y (2 + x2) dy

2x dx = 3y dy2 2

2 + x

 

 

 

 

 

 

 

3 + y

 

 

 

 

 

4) Z

 

 

2x

 

 

 

 

dx = Z

 

3y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dy

 

2 + x2

3 + y2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

ln j3 + y2j + ln C:

ln jx2 + 2j = 2

 

 

 

x2 + 2 = C q

 

:

 

 

 

 

(3 + y2)3

 

 

9: 2x2 y y0 + y2 = 2:

= 2 ; y

2

 

2x2 y y0 = 2

 

;

 

y2 = y0

 

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

)

 

 

2x2 y

 

dy =

2 ; y2

 

dx:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2x2

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2y dy

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

2 :

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ; y

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

2y dy

 

 

dx

 

 

 

 

 

Z

 

 

= Z x2 :

 

 

 

 

 

2 ; y2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

; ln j2 ; y2j = ;x1 + C:

11: y0 + sin(x + y) = sin(x ; y):

y0 = sin(x ; y) ; sin(x + y):

sin ; sin =

 

 

= 2 sin ; cos ; :

2

 

 

 

2

 

dxdy = 2 sin(;y) cos x

 

dy

 

 

 

 

 

 

= ;2 cos x dx

 

sin y

 

 

dy

 

 

 

Z

 

= ;2 Z

cosy

x dx

sin y

 

 

 

 

 

ln

tg2

 

= ;2 sin x + C:

 

 

 

 

95

rASSMOTRIM PRIMER NAHOVDENIQ ^ASTNOGO RE[ENIQ URAWNENIQ PO ZA- DANNOMU NA^ALXNOMU USLOWI@.

12:

rE[ITX ZADA^U kO[I

 

y0 + 2y ; y2 = 0

y(0) = ;1=4:

1)

nAHODIM SNA^ALA OB]EE RE[ENIE URAWNENIQ:

 

 

 

y0

= y2

; 2y

 

dy

= (y2 ; 2y)

 

dy

= dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

y2 ; 2y

 

 

 

Z

 

dy

 

=

Z

dx

1

ln y ; 2

 

= x + 1 ln C:

 

 

 

y2

 

2y

2

 

 

 

 

;

 

 

 

 

y

 

2

 

 

y ; 2 = Ce2x:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

oB]EE RE[ENIE

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

2)

oPREDELIM ZNA^ENIE KONSTANTY C, ISHODQ IZ NA^ALXNOGO USLOWIQ.

pODSTAWIM W OB]EE RE[ENIE ZNA^ENIQ x = 0 y = ;1=4:

;1=4 ; 2

= C e0

9 = C:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;1=4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3)

pOLU^ENNOE ZNA^ENIE C PODSTAWLQEM W WYRAVENIE DLQ OB]EGO

RE[ENIQ I ZAPISYWAEM

 

 

 

 

 

 

 

 

y ; 2 = 9e2x:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^ASTNOE RE[ENIE:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

1.2.2. uRAWNENIQ WIDA

y0 = f(a x + b y + c)

;

 

 

 

 

 

URAWNENIQ, DOPUSKA@]IE RAZDELENIE PEREMENNYH

 

uRAWNENIE WIDA

y0

= f(a x+ b y+ c)

GDE a

b c; POSTOQNNYE,

DOPUSKA@T RAZDELENIE PEREMENNYH, ESLI SDELATX ZAMENU

z(x) = a x + b y + c:

13: y0 = ;4x + 2y ; 6:

sDELAEM ZAMENU

 

z(x) = ;4x + 2y ; 6:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

)

 

1

 

 

 

 

tOGDA

y =

2 z + 2x + 3

y0

= 2 z0 + 2:

 

 

pODSTAWLQEM W ISHODNOE URAWNENIE I POLU^AEM URAWNENIE DLQ z(x)

 

 

21 z0 + 2 = z

) z0 = 2z ; 4

) dxdz = 2z

; 4:

 

rAZDELQQ PEREMENNYE, POLU^AEM RE[ENIE

 

 

 

 

dz

 

 

 

 

 

1

 

 

 

1

 

 

) 2z ; 4 = Ce2x:

 

 

 

 

 

= dx )

2 ln j2z ; 4j

= x + 2 ln C

 

2z

;

4

2(

 

+ 2y

 

 

6)

 

4 = Ce

2x

 

 

 

 

1

2x

+ 2x + 4:

 

4x

 

 

 

 

 

 

y = 4 Ce

96;

 

 

 

;

 

;

 

 

 

)

 

 

 

 

 

 

3) SDELATX ZAMENU
= t(x):
FUNKCIQ SWOIH ARGUMENTOW f(x y) = g

14: y0 = 2 sin2(2x ; y):

dELAEM ZAMENU PEREMENNOJ

2x ; y

= z z0 = 2 ; y0 y0 = 2 ; z0:

pODSTAWLQQ W ISHODNOE URAWNENIE, POLU^IM:

2 ; z0 = 2 sin2 z

z0 = 2 ; 2 sin2 z

dxdz = 2(1 ; sin2 z)

dz = 2 cos2 z dx:

Z

dz

= 2 Z dx

tgz = 2x + C:

cos2 z

 

 

 

 

 

tg (2x ; y) = 2x + C:

1.2.3. uRAWNENIQ WIDA

y0 = g

xy!

;

ODNORODNYE URAWNENIQ

 

 

o P R E D E L E N I E. dIFFERENCIALXNOE URAWNENIE y0 = f(x y)

NAZYWAETSQ ODNORODNYM, ESLI EGO PRAWAQ ^ASTX ESTX ODNORODNAQ xy ! :

dRUGIMI SLOWAMI: URAWNENIE PERWOGO PORQDKA BUDET QWLQTXSQ OD- NORODNYM, ESLI EGO MOVNO PREDSTAWITX W WIDE

y0 = g yx! :

lEGKO POKAZATX, ^TO WSQKOE ODNORODNOE URAWNENIE SWODITSQ K URAW-

NENI@ S RAZDELQ@]IMISQ PEREMENNYMI PODSTANOWKOJ y

x

nIVE NA PRIMERAH MY PROILL@STRIRUEM \TO UTWERVDENIE.

dLQ PREOBRAZOWANIQ ODNORODNOGO URAWNENIQ K WIDU, S KOTOROGO NA^INAETSQ ISPOLXZOWANIE PODSTANOWKI, NEOBHODIMO:

1)WYRAZITX W QWNOM WIDE PROIZWODNU@ ISKOMOJ FUNKCII IZ L@BOJ

ISHODNOJ FORMY ZAPISI URAWNENIQ, T.E. ZAPISATX URAWNENIE W QWNOM WIDE y0 = f(x y)

2)PREOBRAZOWATX FUNKCI@ f(x y) K WIDU f(x y) = g(y=x) T.E. ^TO-

BY WYRAVENIE, OPREDELQ@]EE FUNKCI@, SODERVALO BY TOLXKO OTNO-

[ENIE y=x I, WOZMOVNO, KONSTANTY

yx = t(x) y = t(x) x y0 = t0 x + t

KOTORAQ OBQZATELXNO POZWOLIT RAZDELITX PEREMENNYE W POLU^ENNOM URAWNENII. k ODNORODNYM MOGUT OTNOSITXSQ URAWNENIQ, W KOTORYH

97

OTNO[ENIQ

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

STOQT POD ZNAKOM KAKOJ-LIBO FUNKCII, NAPRIMER

1: x y0

 

 

 

 

 

 

p y

 

y0

 

y

 

y=x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

y

= x

x

e =

=

+ e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

)

)

y x

 

 

 

 

 

 

 

2: y ; x y0

= x arctg (y=x)

x ; y0 = arctg (y=x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y0 = y + arctg (y=x):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3: x y0 ; y = (x + y) ln x +x y ) y0 ; xy = 1

+

xy ! ln 1 + xy !

 

 

4: (y + p

 

 

) dx = x dy =)

y0 = xy +

p

xy

y0 = xy + s

xy

:

xy

x

wO WSEH SLU^AQH POSLE DELENIQ NA

x

URAWNENIQ PRIWELISX K

WIDU y0

= g xy

! :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k ODNORODNYM URAWNENIQM 1-GO PORQDKA OTNOSQTSQ TAKVE URAW-

NENIQ y0 = f(x y) PRAWAQ ^ASTX KOTORYH QWLQETSQ OTNO[ENIEM DWUH MNOGO^LENOW, PRI^EM WSE ^LENY ^ISLITELQ I ZNAMENATELQ IME@T ODI-

NAKOWU@ SUMMARNU@ STEPENX PEREMENNYH

x

I y:

tOGDA POSLE DE-

LENIQ ^ISLITELQ I ZNAMENATELQ DROBI NA

x

ILI

x2 ILI x3 (W

ZAWISIMOSTI OT STEPENI MNOGO^LENOW), OSTANUTSQ TOLXKO POSTOQNNYE ^ISLA I OTNO[ENIQ y=x W RAZNYH STEPENQH. nAPRIMER:

1: (x + y) dy ; (x ; y) dx = 0:

mNOGO^LENY PRI dx I dy IME@T PERWU@ STEPENX, URAWNENIE QWLQETSQ

ODNORODNYM, DELIM NA

x x

;

y

 

 

 

 

 

 

 

dy

= x ; y

 

 

=

 

 

 

 

 

 

1

; y=x

 

 

=

y0

x

x

 

=

y0 =

 

ODNORODNOE:

 

 

x

 

y

 

 

 

dx

x + y

)

 

 

+

)

 

1

+ y=x

;

 

 

 

x

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2: (x2 y + y3) dx + (x3 ; xy2) dy = 0:

rAZDELIM NA dx I WYRAZIM y0

 

 

x2 y + y3

(x2 y + y3) + (x3

; xy2) y0 = 0 =)

 

y0 = ; x3

; xy2 :

wSE SLAGAEMYE ^ISLITELQ I ZNAMENATELQ IME@T TRETX@ STEPENX, RAZ-

DELIM NA x3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2 y

+

y3

 

 

y=x + (y=x)3

 

 

 

3

 

3

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

x

 

 

 

 

 

y0 = ;

x3

 

;

xy2

 

=)

y0 = ; 1

;

(y=x)2

; ODNORODNOE:

x3

x3

 

 

 

 

 

 

 

98

15: y0 = y2 + 3y + 2: x2 x

uRAWNENIE ODNORODNOE I NE TRE- BUET NIKAKIH PREDWARITELXNYH PREOBRAZOWANIJ.

1)dELAEM ZAMENU y=x = t I WSE PREOBRAZOWANIQ, KOTORYE NEOBHO- DIMY.

2)rAZDELQEM PEREMENNYE.

3)iNTEGRIRUEM OBE ^ASTI WYRA- VENIQ.

4)dELAEM OBRATNU@ ZAMENU

t = y=x:

16: (x2 ; x y) dy + y2 dx = 0:

1) rAZDELIM NA dx I WYRAZIM W QWNOM WIDE y0 ZATEM RAZDE- LIM ^ISLITELX I ZNAMENATELX PRAWOJ ^ASTI URAWNENIE NA x2: 2) sDELAEM ZAMENU y=x = t:

3) rAZDELQEM PEREMENNYE.

4) iNTEGRIRUEM.

5) dELAEM OBRATNU@ ZAMENU.

 

1) xy = t y = t x y0 = t0

x + t:

 

 

 

 

 

 

 

 

t0

x + t = t2 + 3t + 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t0

x = t2 + 2t + 2

 

 

 

 

 

 

 

2) x dxdt

= (t2 + 2t + 2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt

 

 

 

 

=

 

dx

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t2 + 2t + 2

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3)

 

 

 

 

 

 

 

dt

 

 

=

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(t + 1)2 + 1

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Zarctg(ty+ 1) = lnZjxj + ln C

 

 

4)

 

 

arctg( x

+ 1) = ln(C x):

 

 

 

 

y = x [tg(ln(C x) ; 1]:

 

 

 

 

 

 

1) (x2

 

 

 

x y) y0 + y2 = 0

 

 

 

 

 

 

y0

 

 

 

 

 

; y2

 

 

 

 

 

 

y0

 

 

 

 

y2=x2

 

 

 

=y

;

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

:

 

x2

; xy

 

 

y=x ;

1

 

2) x

= t y = t x y0 = t0x + t:

 

t0x + t =

 

t2

 

t0x =

 

 

t2

 

; t

 

t

;

1

t

;

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

t0

 

x

= t

 

; t

 

 

 

+ t x

 

 

dt

=

 

:

 

 

 

 

 

 

dx

t ; 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t ;

1

 

 

 

 

 

 

 

3)

(t ;

1) dt

= dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4) t

 

 

 

ln

 

t

= ln

x

+ ln C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;t

 

j j

 

 

 

 

 

j j

y=x

 

 

 

 

 

 

 

 

5)

 

e = C tx

 

 

e

 

 

 

 

= Cy:

 

 

 

 

17: y0 = xy (1 + ln y ; ln x):

1)

pREOBRAZU-

EM URAWNENIE, ISPOLXZUQ SWOJST- y

WO LOGARIFMOW ln y ; ln x = ln x:

2) sDELAEM ZAMENU y=x = t:

3) rAZDELQEM PEREMENNYE.

4) iNTEGRIRUEM.

5) dELAEM OBRATNU@ ZAMENU.

1) y0 = xy 1 + ln yx!

2)y

= t(x) y

= t x y0 = t0x + t:

x

x + t = t (1 + ln t)

 

 

3) t0

 

 

dt

 

dt

dx

 

x dx = t ln t

 

 

=

 

 

 

t ln t

x

4) ln j ln tj = ln jxj + ln jCj

ln t = Cx t = eCx y = xeCx:

99

 

18: x y0

; y =

x

:

 

cos y

 

 

 

x

 

1)wYRAZIM W QWNOM WIDE y0 RAZ- DELIW ^ISLITELX I ZNAMENATELX PRAWOJ ^ASTI URAWNENIE NA x:

2)sDELAEM ZAMENU y=x = t:

3)rAZDELQEM PEREMENNYE.

4)iNTEGRIRUEM.

5)dELAEM OBRATNU@ ZAMENU.

19: x y0 = q4x2 + y2 + y:

1)wYRAZIM W QWNOM WIDE y0 RAZ- DELIW ^ISLITELX I ZNAMENATELX PRAWOJ ^ASTI URAWNENIE NA x:

2)sDELAEM ZAMENU y=x = t:

3)rAZDELQEM PEREMENNYE.

4)iNTEGRIRUEM.

5)dELAEM OBRATNU@ ZAMENU.

1) y0

=

 

1

 

 

 

 

 

+ y

 

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2) y

 

 

 

cos

 

 

 

x

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= t y

 

= t x y0 = t0x + t:

 

x

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

t0 x + t =

 

 

 

 

 

 

+ t t0

x =

 

 

cos t

 

cos t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3) x

dt

=

 

 

1

 

 

 

 

 

cos t dt = dx

 

 

dx

 

 

cos t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

x

 

 

4) Z

cos t dt = Z

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

sin t = ln jxj + C

 

 

 

 

 

 

sin xy = ln x + C:

 

 

 

 

 

 

 

 

1) y0 = v

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4x2 + y2 + y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y0 = v4 + y2

 

 

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u

 

 

 

x2

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2) x

= t y = t x y0 = t0x + t:

t0x + t = p

 

 

 

+ t

 

 

 

 

 

4 + t2

 

 

 

 

 

t0x = p

 

 

 

 

x dxdt = p

 

.

4 + t2

4 + t2

3)

p

 

dt

 

 

 

 

= dxx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 + t2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4) ln jt + p

 

 

j = ln jxj + ln C

4 + t2

t + p

 

= C x:

 

 

 

 

 

 

 

 

4 + t2

+ v4 + y2 = C x:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

1.2.4. y0 + P(x) y = Q(x) ;

uRAWNENIQ WIDA

LINEJNYE URAWNENIQ

dIFFERENCIALXNOE URAWNENIE y0 = f(x y) QWLQETSQ LINEJNYM, ESLI EGO PRAWAQ ^ASTX ESTX LINEJNOE WYRAVENIE OTNOSITELXNO ISKOMOJ FUNKCII y0 = a(x) y + b(x):

iNYMI SLOWAMI: WSQKOE URAWNENIE 1-GO PORQDKA BUDET LINEJNYM, ESLI ISKOMAQ FUNKCIQ I EE PROIZWODNAQ WHODQT W URAWNENIE W PERWYH STEPENQH I NE PEREMNOVA@TSQ.

100

"kLASSI^ESKAQ" FORMA LINEJNOGO URAWNENIQ { FORMA, S KOTOROJ NA- ^INAETSQ SOBSTWENNO EGO INTEGRIROWANIE:

y0 + P (x) y = Q(x):

wSQKOE LINEJNOE URAWNENIE PREVDE, ^EM PRIMENQTX METODY EGO RE- [ENIQ, NEOBHODIMO PREOBRAZOWATX K "KLASSI^ESKOMU" WIDU.

dLQ RE[ENIQ LINEJNYH URAWNENIJ ISPOLXZU@T DWA, PRIMERNO ODI- NAKOWYH PO TRUDOEMKOSTI, METODA : METOD bERNULLI (PODSTANOWKI) I METOD lAGRANVA (WARIACII PROIZWOLXNOJ POSTOQNNOJ).

mETOD bERNULLI (METOD PODSTANOWKI)

|TOT METOD POZWOLQET S POMO]X@ PODSTANOWKI y = U(x) V (x) SWODITX L@BOE LINEJNOE URAWNENIE K DWUM URAWNENIQM S RAZDELQ@- ]IMISQ PEREMENNYMI OTNOSITELXNO FUNKCIJ U(x) I V (x):

20: y0 + 2xy = xe;x2 { LINEJNOE, W "KLASSI^ESKOJ" FORME.

1) rE[ENIE URAWNENIQ I]EM W WIDE PROIZWEDENIQ DWUH FUNKCIJ y = U(x) V (x): tOGDA y0 = U0 V + V 0 U.

2) pODSTAWLQEM WYRAVENIE DLQ FUNKCII I EE PROIZWODNOJ W URAW- NENIE, GRUPPIRUEM WTOROE I TRETXE SLAGAEMYE I WYNOSIM OB]IJ MNO- VITELX

U0V + V 0U + 2xUV = xe;x2 ) U0V + U(V 0 + 2xV ) = xe;x2 :

3) fUNKCI@ V (x) I]EM IZ USLOWIQ, ^TO WYRAVENIE W SKOBKAH RAWNO NUL@. tOGDA POLU^AEM SISTEMU DWUH DIFFERENCIALXNYH URAWNENIJ DLQ NAHOVDENIQ FUNKCIJ U(x) I V (x)

8

x2

 

 

<

V 0 + 2x V = 0

 

U0V = x e;

:

 

:

 

 

 

4) iZ 1-GO URAWNENIQ NAHODIM FUNKCI@ V (x):

V 0 +2xV = 0

dVdx = ;2xV

dVV

= ;2xdx ln V = ;x2 V = e;x2:

5) pOLU^ENNOE WYRAVENIE DLQ FUNKCII V PODSTAWLQEM WO 2-E URAW-

NENIE SISTEMY U0V = x e;x2 I NAHODIM WTORU@ FUNKCI@ U(x)

U0 e;x2 = x e;x2 U0 = x U =

x dx U = x2 + C:

6) zAPISYWAEM OB]EE RE[ENIE R

2

y = U(x)V (x) = e;x2 (x2=2 + C):

101