Processing math: 100%

Задача 169. Филиппов А.Ф. Сборник задач по дифференциальным уравнениям

Путем подбора найти частное решение, привести данное уравнение Риккати к уравнению Бернулли и решить его: xy(2x+1)y+y2=x2.

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

xa2ax22bxaxb+a2x2+2abx+b2=x2

x2(a22a)+x(2ab2b)+b2b=x2

Приравниваем коэффициенты при одинаковых степенях x:
a22a=12ab2b=0b2b=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+xz2x22xzxz+x2+2xz+z2=x2

xzz+z2=0

z1xz=1xz2


Данное дифференциальное уравнение является уравнением Бернулли (n=2). Для решения уравнения Бернулли необходимо обе его части разделить на zn и сделать замену 1/zn1=u.
Разделим уравнение на z2:
zz21zx=1x

Произведем замену u=1/z:
Так как u=1z2z, то:
uux=1x

Данное уравнение является линейным дифференциальным уравнением.
Найдем решение однородного уравнения:
uux=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=C1xC1x2, то:
C1x+C1x2Cx2=1x

C1x=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

yx=xx+C1

y=x+xx+C1


Таким образом, решение исходного уравнения:
y=x+xx+C1.

Комментариев нет:

Отправить комментарий