Уравнения с разделяющимися переменными
Такие уравнения приводятся к виду
. (4)
Для нахождения решения уравнения с разделяющимися переменными представим его в виде и проинтегрируем:
. Решение
является частным решением уравнения (4) и должно включаться в множество его решений.
Однородные дифференциальные уравнения
Функция называется однородной степени
, если для любого числа
имеет место тождество
. Дифференциальное уравнение вида
называется однородным, если функции
и
являются однородными одной степени. Однородное дифференциальное уравнение интегрируется заменой переменных
.
Линейные дифференциальные уравнения
Такое уравнение может быть представлено в виде
. (5)
Его решение ищется в виде , тогда по формуле производной произведения
. После подстановки выражения для
и
в (5) получим
, откуда
. Далее предполагается, что выражение в скобках принимает значение, равное нулю, и уравнение (5) сводится к паре дифференциальных уравнений с разделяющимися переменными вида
.
Уравнения в полных дифференциалах
Если для дифференциального уравнения вида найдется функция
, дифференциал которой совпадает с левой частью уравнения, т.е.
, то уравнение
называют уравнением в полных дифференциалах. Тогда
,
, а решение уравнения в неявном виде определяется как
. При этом должно выполняться условие
, т.е. равенство смешанных производных второго порядка. Для определения
вычисляют
, откуда путем дифференцирования по
определяют
. Поскольку выражение в левой части есть
, то
. Интегрируя полученное равенство по
получают
, подстановка которого в
дает решение исходного уравнения.
Дифференциальные уравнения старших порядков
Дифференциальные уравнения второго порядка, допускающие понижение порядка
Общий вид ОДУ, разрешенного относительно старшей производной, имеет вид
. (6)
Его общее решение имеет вид и содержит 2 независимые произвольные постоянные
и
. В общем случае ОДУ II порядка не может быть решено в конечном виде.
1) ОДУ (6) не содержит аргумента x, т.е.имеет вид ,
или
.
В этом случае интегрирование производится путем замены переменной . Тогда
. При подстановке получаем:
а) уравнение принимает вид
, т.е. сводится к ОДУ I порядка;
б) уравнение принимает вид
или
, т.е. представляет собой ОДУ I порядка с разделяющимися переменными;
в) уравнение принимает вид
, откуда
, т.е. также получается ОДУ I порядка с разделяющимися переменными.
2) ОДУ (6) не зависит от y, т.е. имеет вид . Тогда замена
,
приводит
к виду
, т.е. получается ОДУ I порядка.