齐次微分方程

更新时间:2024-02-02 11:28

齐次微分方程(homogeneous differential equation)是指能化为可分离变量方程的一类微分方程,它的标准形式是 y'=f(y/x),其中 f 是已知的连续方程。求解齐次微分方程的关键是作变换 u=y/x ,即 y=ux ,它可以把方程转换为关于 u 与 x 的可分离变量的方程,此时有 y'=u+xu',代入原方程即可得可分离变量的方程 u+xu'=f(u) ,分离变量并积分即可得到结果,需要注意的是,最后应把 u=y/x 代入,并作必要的变形。

定义

形如 的一阶微分方程称为齐次微分方程,简称微分方程。

方程特点

齐次微分方程的特点是其右端项是以为变元的连续函数。

例如, 是齐次微分方程,它可以转化为:,即。

方程的解

齐次微分方程通过变量代换,可化为可分离变量微分方程来求解。

令或,

其中是新的未知函数,对两边求导,则有:,

将其代入,得:,

分离变量,得:

两边积分,得:,

求出积分后,再将回代,便得到方程的通解。

求解步骤

(1)作变换,将齐次方程转化为分离变量的微分方程;

(2)求解可分离变量的微分方程;

(3)用代替步骤(2)中所求通解中的(即变量还原),就可以得到原方程的通解。

注意事项

如果有,使得,则显然也是方程的解,从而也是方程的解;如果,则方程变成,这是一个可分离变量微分方程

典例

例1

求解方程。

解:令,则,,

原方程变为:,即;

分离变量可得:,

左右两端同时积分可得:,

将 代入,便可得到原方程的通解为:,其中 C 为任意常数。

例2

求方程的通解。

解:令,则,,

原方程变为:,即;

分离变量可得:,

左右两端同时积分并化简得:,

将 代入,便可得到原方程的通解为:,其中 C 为任意常数。

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