• здравствуйте. помогите пожалуйста найти частное решение дифференциального уравнения, удовлетворяющее указанному начальному условию (1+x^2)y'+y=y^2arctgx y(0)=1

Ответы 1

  • Это уравнение является уравнением Бернулли.Очевидно, что функция y = 0 является решением уравнения. Разделим обе части на y^2, предполагая, что y  eq  0:(1+x^2) \frac{y'}{y^2} +  \frac{1}{y} = arctgx.Сделаем замену  \frac{1}{y} = z, тогда z' =  -\frac{y'}{y^2} и уравнение принимает вид-(1+x^2)z' + z = arctgx.Получили линейное неоднородное уравнение. Решим его методом вариации постоянной. Для этого найдем решение соответствующего однородного уравнения:-(1+x^2)z' + z = 0 \Leftrightarrow (1+x^2)z' - z = 0.Это уравнение с разделяющимися переменными.(1+x^2) \frac{dz}{dx} - z = 0 \\  \frac{dz}{z} = \frac{dx}{1+x^2} \\  \int \frac{dz}{z} =  \int \frac{dx}{1+x^2} \\ lnz = arctgx + C \\ z = Ce^{arctgx}.Заменим постоянную C новой неизвестной функцией C(x) и в таком виде будем искать решение неоднородного уравнения:z = C(x)e^{arctgx} \\ (1+x^2)(C(x)e^{arctgx})' + C(x)e^{arctgx} = -arctgx \\ (1+x^2)C'(x)e^{arctgx} + C(x)e^{arctgx} - C(x)e^{arctgx} = -arctgx \\ (1+x^2)C'(x)e^{arctgx} = -arctgx \\ C'(x)=-\frac{e^{-arctgx}arctgx}{1+x^2} \\ C(x) = -\int\frac{e^{-arctgx}arctgx}{1+x^2}dx.Сделаем замену в интеграле:t = arctgx\\ C(x) =-\int\frac{e^{-arctgx}arctgx}{1+x^2}dx = -\int te^{-t}dt.Интеграл легко берется по частям (оставляю на вас):C(x) = (t+1)e^{-t} + C = (arctgx+1)e^{-arctgx} + C, где C - произвольная постоянная.Таким образом, z = C(x)e^{arctgx} = ((arctgx+1)e^{-arctgx} + C)e^{arctgx} = Ce^{arctgx}  +arctgx + 1.Вспоминаем, что  \frac{1}{y} = z, тогда y =  \frac{1}{Ce^{arctgx}+arctgx+1} - общее решение.Теперь воспользуемся начальным условием y(0) = 1:\frac{1}{Ce^{arctgx} + arctgx + 1} = 1\\ \frac{1}{Ce^{arctg0} + arctg0 + 1} = 1 \\ C = 0.Значит, искомая функция есть y = \frac{1}{arctgx + 1}.
  • Добавить свой ответ

Войти через Google

или

Забыли пароль?

У меня нет аккаунта, я хочу Зарегистрироваться

How much to ban the user?
1 hour 1 day 100 years