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Терёхина, Фикс - Высшая математика

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21: rE[ITX ZADA^U kO[I. y0 ; y tgx = sin2 x y(0) = 2:

nAJD<M SNA^ALA OB]EE RE[ENIE \TOGO URAWNENIQ.

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

;UV tg x = sin2 x )

U0V +U(V 0

;V tg x) = sin2 x:

 

 

 

3) pRIRAWNIWAQ WYRAVENIE W SKOBKAH K NUL@, POLU^AEM SISTEMU

 

DWUH DIFFERENCIALXNYH URAWNENIJ DLQ NAHOVDENIQ FUNKCIJ U(x)

 

I V (x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

V 0

;

V tg x = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

<

U0V = sin x:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4) iZ 1-GO URAWNENIQ NAHODIM FUNKCI@ V

(x):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V 0 ; V tg x = 0

dVdx = V tg x dVV = tg x dx

ln V = ; ln cos x

 

V =

 

1

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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

 

NENIE SISTEMY

U0V = sin2 x I NAHODIM WTORU@ FUNKCI@ U(x)

 

 

 

 

U0

1

=

sin2 x

U0

= sin2 x cos x

U =

Z sin2 x d(sin x)

U =

 

cos x

 

 

sin3 x + C:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6) zAPISYWAEM OB]EE RE[ENIE y = U(x)V (x) = 0sin3 x

+ C1

1

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

@

3

A cos x

 

iSPOLXZUQ NA^ALXNOE USLOWIE y(0) = 2 NAHODIM POSTOQNNU@ C:

 

 

 

 

 

 

 

sin3 0

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 = 0 3

+ C

1

 

 

=) 2 = (0 + C) 1

=)

C = 2:

 

 

 

 

 

 

cos 0

 

 

 

 

 

 

@

 

 

A

 

 

 

 

 

 

3

 

 

1

 

 

iSKOMOE RE[ENIE ZADA^I kO[I

 

y = 0sin

x + 21

 

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

@

3

 

A cos x

 

 

22: (xy0 ; 1) ln x + 2y = 0:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dANNOE URAWNENIE NEOBHODIMO SNA^ALA PREOBRAZOWATX K KLASSI^ES- KOMU WIDU. dLQ \TOGO RASKRYWAEM SKOBKI, PERENOSIM ^LENY IZ ODNOJ ^ASTI URAWNENIQ W DRUGU@, DELIM NA KO\FFICIENT PRI y0:

102

pOLU^IM PREOBRAZOWANNOE URAWNENIE W WIDE y0 +

2y

=

1

:

x ln x

x

dALXNEJ[EE RE[ENIE PO STANDARTNOJ SHEME.

 

 

 

 

 

 

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

 

2UV

1

 

 

2V

1

 

 

 

 

 

 

 

U0V + V 0U +

 

= x

) U0V + U V 0

+

 

! = x

:

 

x ln x

x ln x

3) pRIRAWNIWAQ WYRAVENIE W SKOBKAH K NUL@, POLU^AEM SISTEMU

DWUH DIFFERENCIALXNYH URAWNENIJ DLQ NAHOVDENIQ FUNKCIJ U(x)

I V (x)

 

 

 

 

 

 

 

 

8

V 0

+

 

2V

 

= 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x ln x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

>

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

<

U0V = 1=x:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4)

 

1-

 

 

 

:

 

 

 

 

 

 

 

 

V (x):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

>

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

iZ

 

 

GO URAWNENIQ NAHODIM FUNKCI@

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V 0

+

2

 

 

 

V = 0 )

dV

= ;

 

2

dx ) ln V = ;2 ln ln x )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x ln x

V

 

x ln x

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V =

 

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ln

 

 

 

5) iZ 2-GO URAWNENIQ SISTEMY NAHODIM WTORU@ FUNKCI@ U(x)

 

 

 

 

 

U0

 

1

 

= 1

 

dU

= ln2 x

U = ln3 x + C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ln x

x

 

 

 

x

 

ln3 x

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6) oB]EE RE[ENIE

y(x) = UV = 0

+ C1

1

 

 

=

ln x

+

C

 

:

 

 

2

 

 

3

2

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

@ 3

A ln

x

 

 

ln

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

zAME^ANIE. iNOGDA PRIHODITSQ RE[ATX URAWNENIQ, KOTORYE, QWLQ- QSX NELINEJNYMI OTNOSITELXNO FUNKCII y(x) OKAZYWA@TSQ LINEJ- NYMI OTNOSITELXNO PEREMENNOJ x. w \TOM SLU^AE URAWNENIE PREOBRA- ZUETSQ K LINEJNOMU OTNOSITELXNO FUNKCII x(y) : x0+P (y) x = Q(y):

23: ey2 (dx ; 2x y dy) = y dy.

uRAWNENIE NE QWLQETSQ LINEJNYM OTNOSITELXNO y: nO MOVNO ZAME- TITX, ^TO PEREMENNAQ x I EE DIFFERENCIAL WHODQT W PERWYH STEPENQH I NE PEREMNOVA@TSQ, PO\TOMU RE[AEM \TO URAWNENIE KAK LINEJNOE

103

OTNOSITELXNO x. pREOBRAZUEM EGO K KLASSI^ESKOMU WIDU.

 

 

 

y2

y2

 

 

y2

dx

 

 

y2

= y x0 ;2y x = y e;

y2

 

e

 

dx;2x y e

dy = y dy e

 

dy

;2x y e

 

:

1) pODSTANOWKA

x(y) = U(y)V (y) x0

= U0V + V 0U:

 

 

2) pODSTAWLQEM W URAWNENIE

 

 

 

 

 

 

 

; 2yV ) = y e;y2 :

 

 

 

U0V + UV 0 ; 2yUV = y e;y2

 

U0V + U(V 0

 

 

3) zAPISYWAEM SISTEMU 8

V 0

;

2y V = 0

 

 

 

 

 

 

 

y2

:

 

 

 

 

 

 

 

 

<

U0V = y e;

 

 

 

 

 

4) V 0 ;2y V = 0

dVdy =:2y V

 

 

dVV = 2y dy

ln V = y2 V = ey2 :

5) U0 ey2 = y e;y2 U0 = y e;2y2 U = Z y e;2y2 dy = ;14 e;2y2 + C:

6) oB]EE RE[ENIE x(y) = U(y) V (y) = ey2 C ; 14 e;2y2 !:

mETOD lAGRANVA (WARIACII PROIZWOLXNOJ POSTOQNNOJ)

rE[ENIE LINEJNOGO URAWNENIQ y0 + P(x) y = Q(x) METODOM WARIA- CII SOSTOIT IZ DWUH \TAPOW.

1)nAHODIM OB]EE RE[ENIE ODNORODNOGO URAWNENIQ y0 +P(x) y = 0: pOLU^AEM FUNKCI@ y = y(x C) GDE C; PROIZWOLXNAQ POSTOQNNAQ.

2)rE[ENIE ISHODNOGO URAWNENIQ I]EM W TOM VE WIDE, NO S^ITAEM C = C(x): pODSTAWLQEM FUNKCI@ y = y(x C(x)) W ISHODNOE URAWNE- NIE, NAHODIM FUNKCI@ C(x) I ZAPISYWAEM OB]EE RE[ENIE ISHODNOGO URAWNENIQ.

24: xy0 ; y = ;2 ln x:

zAPI[EM URAWNENIE W WIDE

y0 ; xy = ;2xln x:

 

1)

rE[AEM SOOTWETSTWU@]EE ODNORODNOE URAWNENIE y0

; xy = 0:

dy

y

dy

dx

dy

dx

 

 

dx

= x )

y

= x ) Z

y = Z

x

)

 

ln y = ln x + ln C ) y = C x:

104

S RAZDELQ@]IMISQ

2) rE[ENIE ISHODNOGO URAWNENIQ I]EM W WIDE y = C(x) x: pODSTAWIM \TU FUNKCI@ W URAWNENIE I OPREDELIM C(x).

 

(C x)0 ;

C x

= ;

2 ln x

) C0 x + C ; C = ;

2 ln x

)

 

 

 

x

x

x

 

 

C0

x = ;

2 ln x

:C(x) = ;2 Z

ln x

2

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

x2

dx ) C(x) = x

(ln x + 1) + C:

3) zAPISYWAEM OB]EE RE[ENIE ISHODNOGO URAWNENIQ:

y = C(x) x = "x2 (ln x + 1) + C # x:

1.2.5.

uRAWNENIQ WIDA

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

k

;

 

URAWNENIQ bERNULLI

uRAWNENIE y0 = f(x y) QWLQETSQ URAWNENIEM bERNULLI, ESLI PRAWAQ ^ASTX URAWNENIQ IMEET WID f(x y) = a(x)y + b(x)yk GDE k; L@BOE RACIONALXNOE ^ISLO, ISKL@^AQ SLU^AI k = 0 I k = 1: pRI k = 0 URAWNENIE QWLQETSQ LINEJNYM, A PRI k = 1 ;

PEREMENNYMI.

"kLASSI^ESKAQ" FORMA URAWNENIQ bERNULLI

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

mOVNO POKAZATX, ^TO URAWNENIE bERNULLI SWODITSQ K LINEJNOMU, PO- \TOMU PRI RE[ENII KONKRETNYH PRIMEROW URAWNENIE bERNULLI RE[A- ETSQ TAK VE KAK I LINEJNOE LIBO METODOM PODSTANOWKI, LIBO METODOM WARIACII.

25: y0 + x2 y = tgxx py:

1)

rE[ENIE URAWNENIQ I]EM W WIDE:

 

 

 

 

 

 

 

 

y(x) = U(x)V (x)

TOGDA y0 = U0V + V 0U

 

 

 

 

 

 

2)

pODSTAWLQEM W ISHODNOE URAWNENIE

 

 

 

 

 

 

 

 

U0V +UV 0+ 2 UV =

tg x

p

 

U

0V +U(V 0+

2

V ) =

tg x

p

 

:

 

UV

UV

 

 

x

 

 

x

 

x

 

 

x

105

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8 V 0 + 2

V = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

>

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3)

 

pOLU^AEM SISTEMU

<

 

 

 

 

 

tg

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

> U0V =

 

x

 

 

 

 

UV

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4)

nAHODIM FUNKCI@ V IZ:1-GO URAWNENIQ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

dV

 

 

 

2

 

dV

 

 

 

 

 

 

2dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

V 0 + x V

 

= ;x

 

 

= ;

 

 

 

 

ln V = ;2 ln x V =

 

 

:

 

 

dx

V

 

 

x

x2

 

5)

pOLU^ENNOE WYRAVENIE DLQ V

 

 

PODSTAWLQEM W LEWU@ I PRAWU@

^ASTX 2-GO URAWNENIQ SISTEMY, PROWODIM NEOBHODIMYE PREOBRAZOWA-

NIQ, RAZDELQEM PEREMENNYE I POLU^AEM

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x v

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dU = tg xp

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U0

1

= tg

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U

 

 

 

 

U:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

 

 

x

t

 

 

x2

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dU

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2pU = ; ln j cos xj + 2 ln C

 

 

 

 

 

 

pU = tg x dx

 

 

 

zAPISYWAEM OKON^ATELXNOE WYRAVENIE DLQ U :

 

 

 

U(x) = ln2

p

C

:

 

 

 

 

 

 

 

cos x

6)

oB]EE RE[ENIE:

 

y(x) = U V =

1

 

ln2

 

p

C

 

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

 

 

 

 

 

cos x

 

 

 

 

 

 

 

xe2x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

26:

y0 ; y =

y :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1) y = UV y0 = U0V + V 0U:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2x

 

2) U0V + V 0U ; UV = xeUV

U0V + U(V 0

; V ) = xeUV :

 

 

8

V 0

;

V

= 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3)

<

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

> U0V = xe

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

>

 

 

 

 

UV

 

 

 

 

 

 

dV

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dV

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 ; V = 0 V 0 = V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4) :V

 

dx

= V

 

 

 

V

 

 

= dx ln V = x V = ex:

 

 

 

 

 

 

xe2x

 

 

 

 

 

 

xe2x

 

 

 

 

 

x

 

 

 

dU

 

 

 

 

 

x

 

5) U0V =

UV

 

U0ex = U ex U0 =

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

U

 

 

 

dx

U

 

 

 

 

 

 

 

U2

x2

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U dU = x dx

2 =

2 +

2 U(x) = px2 + C:

 

6) y = U(x) V (x) = exp

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2 + C:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

106

27: rE[ITX ZADA^U kO[I y0 + x y = (1 + x) e;x y2 y(0) = 1:

pROILL@STRIRUEM NA \TOM PRIMERE RE[ENIE URAWNENIQ bERNULLI METODOM WARIACII PROIZWOLXNOJ POSTOQNNOJ.

1) i]EM RE[ENIE ODNORODNOGO URAWNENIQ

y0 + x y = 0 dxdy = ;x y ) dyy = ;x dx )

2

 

x

2

ln y = ; 2 + ln C ) y = C e;x =2:

2) pOLAGAEM C = C(x) I RE[ENIE ISHODNOGO URAWNENIQ I]EM W FORME y = C(x) e;x2=2:

pODSTAWLQEM \TO WYRAVENIE W ISHODNOE URAWNENIE.

 

C e;x2=2 0 + x C e;x2=2 = (1 + x) e;x C e;x2=2 2

 

C0 e;x2=2 + C e;x2=2 (

;

x) + x C e;x2=2 = (1 + x) e;x C2 e;x2 :

2

 

2

 

2

2

C0 e;x

=2 = (1 + x) e;x C2 e;x

 

C0 = (1 + x) e;x C2 e;x

ex =2

dCC2 = (1 + x) e;(x+x2=2) dx

Z

dCC2 = Z (1 + x) e;(x+x2=2)

Z dCC2 = Z e;(x+x2=2) d(x + x2=2)

;

1

= ;e;(x+x2=2) ;

C

1

 

 

 

C(x) =

 

 

 

:

e;(x+x2=2) +

 

C

 

pODSTAWLQEM NAJDENNOE C(x) W FORMU OB]EGO RE[ENIQ y = C(x) e;x2=2:

dx

C

oB]EE RE[ENIE ISHODNOGO URAWNENIQ y =

 

 

e;x2=2

 

 

:

e

 

(x+x2

=2)

 

 

;

+ C

 

 

 

 

 

 

 

dLQ POLU^ENIQ ^ASTNOGO RE[ENIQ PODSTAWIM NA^ALXNOE USLOWIE W PO- LU^ENNOE OB]EE RE[ENIE

 

e0

 

 

e;x2=2

 

 

1 =

 

 

 

C = 0 y^ASTN: =

 

= ex:

e0 +

 

e;(x+x2=2)

C

107

1.2.6. uRAWNENIQ WIDA P (x y) dx + Q(x y) dy = 0

;

URAWNENIQ W POLNYH DIFFERENCIALAH

 

uRAWNENIE P(x y) dx + Q(x y) dy = 0 QWLQETSQ URAWNENIEM W POL- NYH DIFFERENCIALAH, ESLI WYPOLNQETSQ USLOWIE

@P(x y) = @Q(x y): @y @x

zAMETIM, ^TO WSE RASSMOTRENNYE RANEE URAWNENIQ 1-GO PORQDKA MOV- NO ZAPISATX W DIFFERENCIALXNOJ FORME P (x y) dx + Q(x y) dy = 0, NO NE DLQ WSQKOGO BUDET WYPOLNQTXSQ UKAZANNYJ KRITERIJ.

iNTEGRIROWANIE URAWNENIQ W POLNYH DIFFERENCIALAH PROWODITSQ

SLEDU@]IM OBRAZOM.

@P (x y)

 

@Q(x y)

 

1) pROWERQEM WYPOLNENIE USLOWIQ

=

:

 

@y

 

@x

 

2) eSLI USLOWIE WYPOLNQETSQ, TO LEWAQ ^ASTX URAWNENIQ ESTX POL- NYJ DIFFERENCIAL NEKOTOROJ, POKA NEIZWESTNOJ, FUNKCII U(x y) T.E. P(x y) dx + Q(x y) dy = d U(x y): tOGDA, W SOOTWETSTWII S URAW- NENIEM, dU(x y) = 0 I PO\TOMU OB]IJ INTEGRAL URAWNENIQ W POLNYH DIFFERENCIALAH ZAPI[ETSQ W WIDE U(x y) = C:

tAKIM OBRAZOM, RE[ENIE URAWNENIQ SWODITSQ K NAHOVDENI@ FUNKCII

U(x y):

dLQ NAHOVDENIQ FUNKCII U(x y) SRAWNIM WYRAVENIE DLQ POLNOGO

DIFFERENCIALA FUNKCII DWUH PEREMENNYH

dU = @U@x dx + @U@y dy

S LEWOJ ^ASTX@ URAWNENIQ P(x y)dx + Q(x y)dy = dU

MOVEM ZAPISATX, ^TO

@U@x = P (x y)

@U@y = Q(x y):

|TI SOOTNO[ENIQ I ISPOLXZU@TSQ DLQ NAHOVDENIQ FUNKCII U(x y): rASSMOTRIM OSNOWNYE \TAPY \TOGO METODA NA PRIMERAH.

28: 3x2 y + 2y + 3 dx + (x3 + 2x + 3y2) dy = 0:

1) pROWERQEM USLOWIE @P@y = @Q@x

 

 

 

@

3x2 y + 2y + 3 = 3x2 + 2

@

x3 + 2x + 3y2 = 3x2 + 2:

 

 

 

 

 

@y

@x

iTAK, KRITERIJ WYPOLNQETSQ NA WSEJ PLOSKOSTI. dANNOE URAWNENIE

108

QWLQETSQ URAWNENIEM W POLNYH DIFFERENCIALAH.

 

 

 

 

2) nAHODIM FUNKCI@

U(x y):

dLQ \TOGO INTEGRIRUEM PO x FUNK-

CI@ P (x y) (\TA FUNKCIQ QWLQETSQ PROIZWODNOJ FUNKCII U(x y) PO

x). pEREMENNAQ

y PRI \TOM S^ITAETSQ POSTOQNNOJ

Z

 

Z

 

 

Z

3

 

 

 

 

Z

 

 

 

U(x y) =

 

3x2 y + 2y + 3

 

dx = y

 

3x2 dx + 2y

 

dx + 3

 

dx =

= x y + 2xy + 3x + (y):

zDESX POSTOQNNAQ INTEGRIROWANIQ ZAPISYWAETSQ W WIDE FUNKCII (y) (PROIZWODNAQ \TOJ FUNKCII PO x RAWNA NUL@) I \TA FUNKCIQ PODLE- VIT OPREDELENI@.

3) tAK KAK @U@y = Q(x y)

 

TO POLU^ENNOE WYRAVENIE DLQ U(x y) :

U(x y) = x3 y + 2xy + 3x + (y)

DIFFERENCIRUEM PO PEREMEN-

NOJ

y

I PRIRAWNIWAEM K FUNKCII

Q(x y):

 

U0

(x y) = x3 y + 2xy + 3x + (y) 0 = x3 + 2x + 0

y

3

 

 

 

 

 

y

y

 

 

 

2

:

 

 

 

Q(x y) = x + 2x + 3y

 

 

 

 

iTAK,

x3 + 2x + 0

 

= x3

+ 2x + 3y2

=

0 = 3y2:

 

 

y

 

 

 

 

)

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

iNTEGRIRUEM PO y

I POLU^AEM

(y) = Z 3y2 dy = y3:

(pOSTOQNNU@ INTEGRIROWANIQ ZDESX MOVNO NE DOPISYWATX, TAK KAK

NAM NUVNA ODNA IZ PERWOOBRAZNYH).

 

 

tOGDA WYRAVENIE DLQ FUNKCII

U(x y) PRIMET WID

 

 

U(x y) = x3 y + 2xy + 3x + y3

I OB]IJ INTEGRAL

URAWNENIQ U(x y) = C ILI x3 y + y3 + 2xy + 3x = C:

oTMETIM, ^TO WSEGDA MOVNO UBEDITXSQ W PRAWILXNOSTI POLU^ENNOGO RE[ENIQ, PRODIFFERENCIROWAW WYRAVENIE DLQ FUNKCII U(x y) PO

PEREMENNYM x I

y I PRIRAWNQW SOOTWETSTWENNO K FUNKCIQM

P(x y) I Q(x y):

 

 

 

 

 

 

 

x3 y + y3 + 2xy + 3x x0

= 3x2 y + 2y + 3 = P (x y)

x3 y + y3 + 2xy + 3x y0

= x3 + 2x + 3y2 = Q(x y):

pROWERKA PODTWERVDAET PRAWILXNOSTX POLU^ENNOGO RE[ENIQ.

29: 0x1 ;

y2

1 dx + 0

x2

; 1y1 dy = 0:

(x y)2

(x y)2

@

;

 

A

@P @

;

A

 

 

@Q

1) pROWERQEM USLOWIE

@y =

@x :

 

109

@

 

1

 

 

 

y2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2xy

 

 

 

 

@

 

 

 

 

 

 

 

x2

 

 

 

 

 

1

 

 

2xy

 

 

 

0x

;

 

 

 

 

 

1

= ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

; y1 =

;

 

 

 

:

 

@y

(x

;

y)2

(x

;

y)3

 

 

@x

(x

;

y)2

(x

;

y)3

@

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

@

 

 

 

 

 

 

 

 

A

 

 

 

 

 

iTAK,

KRITERIJ WYPOLNQETSQ. dANNOE URAWNENIE QWLQETSQ URAWNENI-

EM W POLNYH DIFFERENCIALAH.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2) nAHODIM FUNKCI@

 

U(x y):

 

 

dLQ \TOGO INTEGRIRUEM PO x FUNK-

CI@ P (x y)

(\TA FUNKCIQ QWLQETSQ PROIZWODNOJ FUNKCII U(x y)

PO

x). pEREMENNAQ y

 

PRI \TOM S^ITAETSQ POSTOQNNOJ

 

 

 

 

 

 

 

 

U(x y) =

Z

 

0

1

 

 

 

 

 

 

y2

 

1 dx = ln x +

 

y2

 

 

+ (y):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

x ; y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

@x ; (x ; y)

 

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3) nAHODIM FUNKCI@

 

 

 

(y) IZ USLOWIQ

 

 

 

Uy0

= Q(x y):

 

 

 

 

 

dLQ \TOGO POLU^ENNOE WYRAVENIE DLQ

 

 

U(x y) :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U(x y) = ln x +

 

 

 

+ (y)

DIFFERENCIRUEM PO PEREMENNOJ y

I

x ; y

PRIRAWNIWAEM K FUNKCII

 

Q(x y):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U0 (x y) = 2y(x ; y) ; y2(;1) +

0 = 2xy ; y2 + 0

:

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

(x

; y)2

 

 

 

 

 

 

 

y

(x ; y)2

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q(x y) =

 

 

 

 

 

; y

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x

;

y)2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

tOGDA

2xy ; y

 

 

+ 0

=

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

0

= 1

 

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x

; y)2

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

(x ; y)2 ; y

 

 

 

 

 

)

 

 

 

 

y

 

; y

 

 

 

 

iNTEGRIRUQ PO

 

 

y POLU^IM

 

 

(y) =

Z

 

1 ; 1y! dy = y ; ln y:

 

 

(pOSTOQNNU@ INTEGRIROWANIQ ZDESX MOVNO NE DOPISYWATX, TAK KAK

NAM NUVNA ODNA IZ PERWOOBRAZNYH).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tOGDA WYRAVENIE DLQ FUNKCII

 

U(x y) PRIMET WID

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

y2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U(x y) = ln x +

 

+ y ; ln y = ln y

 

+

 

 

+ y

 

 

 

 

 

 

 

 

x ; y

 

x ; y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ln x

 

 

 

 

xy

 

 

 

 

 

I OB]IJ INTEGRAL

URAWNENIQ

 

U(x y) = C

 

 

ILI

 

+

 

 

= C:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

x ; y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sPOSOB 2. mOVNO PREDLOVITX I UPRO]ENNYJ WARIANT RE[ENIQ URAW- NENIQ W POLNYH DIFFERENCIALAH, SHEMA KOTOROGO SOSTOIT W SLEDU@- ]EM.

pUSTX TREBUETSQ RE[ITX URAWNENIE WIDA

P (x y) dx + Q(x y) dy = 0:

110

1) pROWERQEM USLOWIE P 0

= Q0 :

 

 

y

8

x

2) zAPISYWAEM SISTEMU

U0 = P (x y)

x

 

 

 

<

Uy0 = Q(x y):

 

 

 

:

 

3) iNTEGRIRUQ PERWOE URAWNENIE SISTEMY PO x A WTOROE PO y NAHODIM

FUNKCII U1(x y) I U2(x y):

 

8

U1(x y) =

P (x y)dx

 

 

<

U2(x y) =

R Q(x y)dy:

 

 

:

 

R

 

 

pRI^EM PERWYJ INTEGRAL BERETSQ W PREDPOLOVENII, ^TO y = const A

WO WTOROM - x = const:

 

 

4) zAPISYWAEM FUNKCI@

U(x y) = U1(x y)+ NEDOSTA@]IE SLA-

GAEMYE IZ WYRAVENIQ DLQ

U2(x y):

5) pRIRAWNIWAQ POLU^ENNU@ FUNKCI@ KONSTANTE, POLU^AEM OB]IJ INTEGRAL ISHODNOGO URAWNENIQ U(x y) = C:

z A M E ^ A N I E. pRI RE[ENII URAWNENIJ TAKIM SPOSOBOM OBQZATELXNO NUVNO PROWERITX, UDOWLETWORQET LI POLU^ENNAQ FUNK-

CIQ U

(x y) URAWNENI@, T.E. PROWERITX RAWENSTWA

@U@x = P(x y)

@U@y = Q(x y):

eSLI ^ASTNYE PROIZWODNYE FUNKCII U(x y) NE SOWPADUT S FUNKCIQ- MI P (x y) I Q(x y) TO \TO ZNA^IT, ^TO NE U^TENY OSOBENNOSTI \TIH FUNKCIJ I DANNOE URAWNENIE SLEDUET RE[ITX PERWYM SPOSOBOM.

30: x ey2 dx + x2y ey2 + tg2y dy = 0:

 

zDESX P (x y) = x ey2

Q(x y) = x2y ey2 + tg2y:

 

pROWERQEM KRITERIJ P0

= 2xyey2 Q0 = 2xyey2

:

y

x

 

~ASTNYE PROIZWODNYE RAWNY. dANNOE URAWNENIE ESTX URAWNENIE W POLNYH DIFFERENCIALAH. nUVNO NAJTI FUNKCI@ U(x y): iZ SOOT-

NO[ENIQ U0 = P

(x y) = x ey2

NAHODIM

 

 

x

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

U1(x y) = Z x ey

2

 

 

 

x

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx =

2 ey

:

 

 

iZ SOOTNO[ENIQ

 

Uy0

= Q(x y) = x2y ey2 + tg2y NAHODIM

U2(x y) = Z x2y ey

2

+ tg2y

1

2

 

 

dy = x2 2 ey

 

+ tgy ; y:

111