Подставляем полученное соотношение в исходное уравнение


Из этого уравнения определим переменную функцию С1(х):

Интегрируя, получаем:

Подставляя это значение в исходное уравнение, получаем:
.
Таким образом, мы получили результат, полностью совпадающий с результатом расчета по методу Бернулли.
При выборе метода решения линейных дифференциальных уравнений следует руководствоваться простотой интегрирования функций, входящих в исходный интеграл.
Далее рассмотрим примеры решения различных дифференциальных уравнений различными методами и сравним результаты.
Пример. Решить уравнение 
Сначала приведем данное уравнение к стандартному виду: 
Применим полученную выше формулу: 



Уравнение Бернулли.
Определение. Уравнением Бернуллиназывается уравнение вида

где P и Q – функции от х или постоянные числа, а n – постоянное число, не равное 1.
Для решения уравнения Бернулли применяют подстановку
, с помощью которой, уравнение Бернулли приводится к линейному.
Для этого разделим исходное уравнение на yn.

Применим подстановку, учтя, что
.


Т.е. получилось линейное уравнение относительно неизвестной функции z.
Решение этого уравнения будем искать в виде:


Пример. Решить уравнение 
Разделим уравнение на xy2: 
Полагаем 
.
Полагаем 



Произведя обратную подстановку, получаем:

Пример. Решить уравнение 
Разделим обе части уравнения на 

Полагаем 

Получили линейное неоднородное дифференциальное уравнение. Рассмотрим соответствующее ему линейное однородное уравнение:


Полагаем C = C(x) и подставляем полученный результат в линейное неоднородное уравнение, с учетом того, что:



Получаем: 
Применяя обратную подстановку, получаем окончательный ответ:

Уравнения в полных дифференциалах (тотальные).
Определение. Дифференциальное уравнение первого порядка вида:

называется уравнением в полных дифференциалах, если левая часть этого уравнения представляет собой полный дифференциал некоторой функции 
Интегрирование такого уравнения сводится к нахождению функции u, после чего решение легко находится в виде: 
Таким образом, для решения надо определить:
1) в каком случае левая часть уравнения представляет собой полный дифференциал функции u;
2) как найти эту функцию.
Если дифференциальная форма
является полным дифференциалом некоторой функции u, то можно записать:

Т.е.
.
Найдем смешанные производные второго порядка, продифференцировав первое уравнение по у, а второе – по х:

Приравнивая левые части уравнений, получаем необходимое и достаточное условие того, что левая часть дифференциального уравнения является полным дифференциалом. Это условие также называется условием тотальности.

Теперь рассмотрим вопрос о нахождении собственно функции u.
Проинтегрируем равенство
:

Вследствие интегрирования получаем не постоянную величину С, а некоторую функцию С(у), т.к. при интегрировании переменная у полагается постоянным параметром.
Определим функцию С(у).
Продифференцируем полученное равенство по у.

Откуда получаем: 
Для нахождения функции С(у) необходимо проинтегрировать приведенное выше равенство. Однако, перед интегрированием надо доказать, что функция С(у) не зависит от х. Это условие будет выполнено, если производная этой функции по х равна нулю.

Теперь определяем функцию С(у):

Подставляя этот результат в выражение для функции u, получаем:

Тогда общий интеграл исходного дифференциального уравнения будет иметь вид:


Следует отметить, что при решении уравнений в полных дифференциалах не обязательно использовать полученную формулу. Решение может получиться более компактным, если просто следовать методу, которым формула была получена.
Пример. Решить уравнение 
Проверим условие тотальности: 

Условие тотальности выполняется, следовательно, исходное дифференциальное уравнение является уравнением в полных дифференциалах.
Определим функцию u.


;
Итого, 
Находим общий интеграл исходного дифференциального уравнения:


Уравнения вида y = f(y’) иx = f(y’).
Решение уравнений, не содержащих в одном случае аргумента х, а в другом – функции у, ищем в параметрической форме, принимая за параметр производную неизвестной функции.

Для уравнения первого типа получаем: 
Делая замену, получаем: 
В результате этих преобразований имеем дифференциальное уравнение с разделяющимися переменными.

Общий интеграл в параметрической форме представляется системой уравнений:


Исключив из этой системы параметр р, получим общий интеграл и не в параметрической форме.
Для дифференциального уравнения вида x = f(y’) с помощью той же самой подстановки и аналогичных рассуждений получаем результат:


Уравнения Лагранжа и Клеро.
( Алекси Клод Клеро (1713 – 1765) французский математик
ин. поч. член Петерб. АН )
Определение. Уравнением Лагранжаназывается дифференциальное уравнение, линейное относительно х и у, коэффициенты которого являются функциями от y’.

Для нахождения общего решение применяется подстановка p = y’.

Дифференцируя это уравнение,c учетом того, что
, получаем:

Если решение этого (линейного относительно х) уравнения есть
то общее решение уравнения Лагранжа может быть записано в виде:


Определение. Уравнением Клероназывается уравнение первой степени (т.е. линейное) относительно функции и аргумента вида:

Вообще говоря, уравнение Клеро является частным случаем уравнения Лагранжа.
С учетом замены
, уравнение принимает вид:



Это уравнение имеет два возможных решения:
или 
В первом случае: 

Видно, что общий интеграл уравнения Клеро представляет собой семейство прямых линий.
Во втором случае решение в параметрической форме выражается системой уравнений:

Исключая параметр р, получаем второе решение F(x, y) = 0. Это решение не содержит произвольной постоянной и не получено из общего решения, следовательно, не является частным решением.
Это решение будет являться особым интегралом. ( См. Особое решение. )
Далее рассмотрим примеры решения различных типов дифференциальных уравнений первого порядка.
Пример. Решить уравнение с заданными начальными условиями.

Это линейное неоднородное дифференциальное уравнение первого порядка.
Решим соответствующее ему однородное уравнение.



Для неоднородного уравнения общее решение имеет вид:

Дифференцируя, получаем: 
Для нахождения функции С(х) подставляем полученное значение в исходное дифференциальное уравнение:




Итого, общее решение: 
C учетом начального условия
определяем постоянный коэффициент C.


Окончательно получаем: 
Для проверки подставим полученный результат в исходное дифференциальное уравнение:
верно
Ниже показан график интегральной кривой уравнения.

Пример. Найти общий интеграл уравнения
.
Это уравнение с разделяющимися переменными.



Общий интеграл имеет вид: 
Построим интегральные кривые дифференциального уравнения при различных значениях С.
С = - 0,5 С = -0,02 С = -1 С = -2


С = 0,02 С = 0,5 С = 1 С = 2
Пример. Найти решение дифференциального уравнения, удовлетворяющее заданным начальным условиям.

Это уравнение с разделяющимися переменными.



Общее решение имеет вид: 
Найдем частное решение при заданном начальном условии у(0) = 0.

Окончательно получаем: 
Пример. Решить предыдущий пример другим способом.
Действительно, уравнение
может быть рассмотрено как линейное неоднородное дифференциальное уравнение.

Решим соответствующее ему линейное однородное уравнение.



Решение неоднородного уравнения будет иметь вид: 
Тогда 
Подставляя в исходное уравнение, получаем:



Итого


С учетом начального условия у(0) = 0 получаем 
Как видно результаты, полученные при решении данного дифференциального уравнения различными способами, совпадают.
При решении дифференциальных уравнений бывает возможно выбирать метод решения, исходя из сложности преобразований.
Пример. Решить уравнение
с начальным условием у(0) = 0.
Это линейное неоднородное уравнение. Решим соответствующее ему однородное уравнение.


Для линейного неоднородного уравнения общее решение будет иметь вид:

Для определения функции С(х) найдем производную функции у и подставим ее в исходное дифференциальное уравнение.






Итого

Проверим полученное общее решение подстановкой в исходное дифференциальное уравнение.
(верно)
Найдем частное решение при у(0) = 0.


Окончательно 
Пример. Найти решение дифференциального уравнения

с начальным условием у(1) = 1.
Это уравнение может быть преобразовано и представлено как уравнение с разделенными переменными.








С учетом начального условия:


Окончательно 
Пример. Решить дифференциальное уравнение
с начальным условием у(1) = 0.
Это линейное неоднородное уравнение.
Решим соответствующее ему однородное уравнение.


Решение неоднородного уравнения будет иметь вид:

Подставим в исходное уравнение:



Общее решение будет иметь вид: 
C учетом начального условия у(1) = 0: 
Частное решение: 
Пример. Найти решение дифференциального уравнения
с начальным условием у(1) = е.
Это уравнение может быть приведено к виду уравнения с разделяющимися переменными с помощью замены переменных.
Обозначим: 
Уравнение принимает вид:

Получили уравнение с разделяющимися переменными.


Сделаем обратную замену: 

Общее решение: 
C учетом начального условия у(1) = е: 
Частное решение: 
Второй способ решения.

Получили линейное неоднородное дифференциальное уравнение. Соответствующее однородное:

Решение исходного уравнения ищем в виде: 
Тогда 
Подставим полученные результаты в исходное уравнение:





Получаем общее решение: 
Пример. Решить дифференциальное уравнение
с начальным условием у(1)=0.
В этом уравнении также удобно применить замену переменных.

Уравнение принимает вид: 


Делаем обратную подстановку: 

Общее решение: 
C учетом начального условия у(1) = 0: 

Частное решение: 
Второй способ решения.

Замена переменной:









Общее решение: 