Решение
Данное дифференциальное уравнение является уравнением Рикатти. Найдем частное решение.
Ищем частное решение в виде y=ax+b, где a и b постоянные. Подставив его в уравнение, получим:
xa−(2x+1)(ax+b)+(ax+b)2=−x2
xa−2ax2−2bx−ax−b+a2x2+2abx+b2=−x2
x2(a2−2a)+x(2ab−2b)+b2−b=−x2
Приравниваем коэффициенты при одинаковых степенях x:
a2−2a=−12ab−2b=0b2−b=0
Одно из решений этой системы: a=1, b=0. Соответственно получаем частное решение: y=x.
Поскольку уже известно одно частное решение, проведем замену:
y=x+z
Найдем производную:
y′=1+z′
Подставим в исходное уравнение:
x(1+z′)−(2x+1)(x+z)+(x+z)2=−x2
x+xz′−2x2−2xz−x−z+x2+2xz+z2=−x2
xz′−z+z2=0
z′−1xz=−1xz2
Данное дифференциальное уравнение является уравнением Бернулли (n=2). Для решения уравнения Бернулли необходимо обе его части разделить на zn и сделать замену 1/zn−1=u.
Разделим уравнение на z2:
z′z2−1zx=−1x
Произведем замену u=1/z:
Так как u′=−1z2z′, то:
−u′−ux=−1x
Данное уравнение является линейным дифференциальным уравнением.
Найдем решение однородного уравнения:
−u′−ux=0
Разделим переменные:
duu=−dxx
Переменные разделены. Интегрируем обе части уравнения:
∫duu=−∫dxx
ln|u|=−ln|x|+lnC
u=Cx
Таким образом, решение однородного уравнения: u=Cx.
Считая постоянную C функцией от x, подставим решение однородного уравнения в исходное уравнение.
Так как u′=C′1x−C1x2, то:
−C′1x+C1x2−Cx2=−1x
−C′1x=−1x
C′=1
C=∫dx=x+C1
Подставим полученную функцию в решение однородного уравнения:
u=Cx=x+C1x
Проведем обратные замены. Так как u=1/z и y=x+z:
1z=x+C1x
z=xx+C1
y−x=xx+C1
y=x+xx+C1
Таким образом, решение исходного уравнения:
y=x+xx+C1.
Комментариев нет:
Отправить комментарий