Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ДУ-Занятие-5п.doc
Скачиваний:
9
Добавлен:
17.08.2019
Размер:
545.28 Кб
Скачать

Данное уравнение решаем, применяя алгоритм введения параметра:

a1. Примем y=p → исходное уравнение принимает вид: y= p2+2xp+x2.

a2. Учитывая, что p есть функция от x, продифференцируем выражение для y по переменной x, сразу заменяя y=p: p=(p+2x) +2p+2x, или: (p+2x)( +1)=0. (2.1)

a3. Из равенства (2.1) получаем:

p= –2x dy= –2xdx y= –x2+С. Подставив функцию y= –x2+С в исходное уравнение, получим требование С=0. Итак, y= –x2 есть решение заданного ДУ.

dp= –dx p= –x dy=(С–x) yx . Подставив функцию y= Сx– в исходное уравнение, получим: yx+ (С2x2).

a4. Итак, получено общее решение: yx+ (С2x2) – семейство парабол. Частное решение: y= –x2 не может быть получено из общего и потому является особым.

Ответ: yx+ (С2x2) – общее решение уравнения. Решение y= –x2 – особое решение ДУ.

Пример 3119: Найти общее решение уравнения: x=ycosy.

Решение:

a0. Форма записи уравнения имеет вид: x=φ(y).

Данное уравнение решаем, применяя общий алгоритм:

a1. Примем y=p. Тогда исходное уравнение принимает вид: x==φ(p)=pcosp.

a2. Учитывая: y= , или dy=pdx, запишем dx=φ′(p)dp, где: φ′(p)=cosppsinp. Получаем уравнение для нахождения y: dy=pφ′(p)dp=p(cosppsinp)dp.

a3. Вычислим: y= +С= =J1–J2+С. Интеграл J1 «табличный»: J1=psinp+cosp. Применяя к J2 «интегрирование по частям», получим выражение: J2= –p2cosp+2 = –p2cosp+2J1. Окончательно:

y= p2cosppsinp–cosp +С.

a4. Система уравнений: определяет общее решение исходного уравнения в параметрической форме.

Ответ: – общее решение в параметрической форме.

Пример 4121: Найти общее решение уравнения: x= + в параметрической форме.

Решение:

a0. Форма записи уравнения имеет вид: x=φ(y,y). Если заменить y= , то получится уравнение: x= x′∙ y + x2 . Это уравнение Клеро! Будем считать, что мы этого не заметили, и решим его по общей схеме для уравнений, не разрешенных относительно производной.

Применим общий алгоритм введения параметра:

a1. Примем y=p. Тогда исходное уравнение принимает вид: x=φ(y,p)= + , причем p является функцией от y (!) через посредство x.

a2. Учитывая: y= , продифференцируем равенство x=φ(y,p) по y:

= –2 → (2+py) =0.

a3. Из последнего получим продолжение:

а) =0 → p=С → общее решение: xy2;

б) 2+py =0 → 2dx+ydy =0 → 4x+y2=0 – особое решение (из общего решения не получается ни при каком значении С!).

Ответ: xy2 – общее решение, 4x+y2=0 – особое решение.

Пример 5123: Найти решение уравнения Лагранжа: y=2xy+ , применяя метод введения параметра.

Решение:

a0. Форма записи уравнения имеет вид: y=φ(y)∙x+ψ(y), где φ(y)=2y и ψ(y)= .

Данное уравнение решаем, применяя общий алгоритм:

a1. Примем y=p → исходное уравнение принимает вид: y=φ(p)∙x+ψ(p)= 2xp + .

a2. Дифференцируя последнее по x имеем: p–φ(p)=[x∙φ(p)+ψ(p)] .

a3. Запишем равенство: p–φ(p)=p–2p=–p=0, его решение: p0=0. Учитывая p0 ≡φ(p0), запишем: y=φ(p0)∙x+ψ(p0), что невозможно, так как ψ(p0) не существует.

a5. Теперь p–φ(p)≠0. Для нахождения x решим: –x = – линейное уравнение. В нашем случае: –x = , или + x= : линейное уравнение.

Данное линейное уравнение решаем, применяя общий алгоритм:

a5. Решение уравнения ищем в виде функции: x=uv.

a6. Вычислим: – =– =–2ln|p|, и запишем: u= , то есть u = .

a8. Вычислим функцию v: v = +С= 2 +С = – +С.

a9. Запишем общее решение линейного уравнения для x:

x=uv= ∙ = .

a10. Если в выражение: y=2xp + подставить найденное выражение для x, то для y получим выражение через параметр p: y= .

a11. Составляем систему: Это решение уравнения в параметрической форме.

a12. Пробуем исключить из системы параметр pF(x,y,C)=0 – общий интеграл. В нашем случае «можно не пробовать»!

Ответ: – решение уравнения в параметрической форме.

Пример 6125: Найти решение уравнения Лагранжа: y= yx+ ylny, применяя метод введения параметра.

Решение:

a0. Форма записи уравнения имеет вид: y=φ(y)∙x+ψ(y), где φ(y)= y и ψ(y)= ylny.

Данное уравнение решаем, применяя общий алгоритм:

a1. Примем y=p → исходное уравнение принимает вид: y=φ(p)∙x+ψ(p)=xp+ plnp.

a2. Дифференцируя последнее по x имеем: p–φ(p)=[x∙φ(p)+ψ(p)] . В нашем случае это равенство: pp = [x∙1+lnp+1] , или p=[x+lnp+1] .

a3. Запишем равенство: p–φ(p)=p=0, его решения: p0=0. запишем: y=φ(p0)∙x+ψ(p0), что невозможно, так как ψ(p0) не существует.

a4. Теперь p–φ(p)≠0. Для нахождения x решим: –x = – линейное уравнение. В нашем случае: –x = =0.

Данное линейное уравнение решаем, применяя общий алгоритм:

a5. Решение уравнения ищем в виде функции: x=uv.

a6. Вычислим: – = =ln|p|, и запишем: u= , то есть u =p.

a8. Вычислим функцию v: v = +С= +С =– (lnp+2)+С.

a9. Запишем общее решение линейного уравнения для x:

x=uv=p =Cp–lnp–2.

a10. Если в выражение: y=xp+ plnp подставить выражение для x, то для y получим выражение через параметр p: y= Cp2–p.

a11. Составляем систему: Это решение уравнения в параметрической форме.

a12. Пробуем исключить из системы параметр pF(x,y,C)=0 – общий интеграл. В нашем случае «можно не пробовать»!

Ответ: – решение уравнения в параметрической форме.

Пример 5177: Найти уравнение кривой, проходящей через точку (3,1), если длина отрезка оси абсцисс, отсекаемого любой ее касательной на оси ординат, равна поднормали.

Р ешение:

В Примере 119 получены выражения для указанных в условии: А=(0,yyх) и ND =(–yy′,0).

Замечание: В условии задачи допущена некорректность. Необходимо уточнить: ОА=(0,yyх), |ОА|=|yyх|, |ND|=|yy′|, тогда условие задачи: |ОА|=|ND|.

Необходимо рассмотреть два случая:

▪ Случай-1: yyх = –yy′; (1)

▪ Случай-2: yyх = yy′. (2)

Случай-1.

a0. Из условия (1) запишем: y=х. Форма записи уравнения имеет вид уравнения Лагранжа: y=φ(y)∙x+ψ(y), где φ(y)= и ψ(y)=0.