12.2. Phương trình vi phân có biến phân ly

Định nghĩa. Phương trình vi phân có biến phân ly là phương trình vi phân cấp một có dạng: \[{{f}_{1}}(x)dx+{{f}_{2}}( y)dy=0\tag{12.2}\label{hoa2}\]
trong đó ${{f}_{1}}(x)$ là hàm của biến độc lập $x$ và ${{f}_{2}}( y)$ là hàm của biến độc lập $y$.   
Ví dụ 1.  $\dfrac{2x}{1+{{x}^{2}}}dx-3{{y}^{2}}dy=0$; $ydx+xdy=0$… là các phương trình vi phân có biến phân ly.
Cách giải

Từ phương trình ${{f}_{1}}(x)dx+{{f}_{2}}( y)dy=0$, ta có ${{f}_{1}}(x)dx=-{{f}_{2}}( y)dy$.

Lấy tích phân bất định 2 vế, ta có: $\int{{{f}_{1}}(x)dx}=-\int{{{f}_{2}}( y)dy}\Leftrightarrow F(x)=-G( y)+C$.
($F(x)$ là một nguyên hàm của ${{f}_{1}}(x)$, $G( y)$ là một nguyên hàm của ${{f}_{2}}( y)$).

Vậy, Tích phân tổng quát của phương trình có biến phân ly là: $F(x)+G( y)=C$ ($C$ là hằng số tùy ý).

Ví dụ 2. Giải phương trình vi phân $\dfrac{2x}{1+{{x}^{2}}}dx-3{{y}^{2}}dy=0$.
Giải

$\dfrac{2x}{1+{{x}^{2}}}dx-3{{y}^{2}}dy=0\Leftrightarrow 3{{y}^{2}}dy=\dfrac{2x}{1+{{x}^{2}}}dx$

Lấy tích phân bất định 2 vế: $\int{3{{y}^{2}}dy}=\int{\dfrac{2x}{1+{{x}^{2}}}dx}\Leftrightarrow {{y}^{3}}=\ln (1+{{x}^{2}})+C$.

Vậy, Tích phân tổng quát của phương trình đã cho là ${{y}^{3}}-\ln (1+{{x}^{2}})=C$ ($C$ là hằng số tùy ý).

Ví dụ 3. Giải phương trình vi phân $ydx+xdy=0$.
Giải

Giả sử $x\ne 0$ và $y\ne 0$, nhân 2 vế của phương trình đã cho với $\dfrac{1}{xy}$

ta có $\dfrac{1}{x}dx+\dfrac{1}{y}dy=0$ $\Leftrightarrow \dfrac{dy}{y}=-\dfrac{dx}{x}$.

Lấy tích phân bất định 2 vế của đẳng thức trên, ta có: $\int{\dfrac{dy}{y}dy}=-\int{\dfrac{dx}{x}dx}\Leftrightarrow \ln |y|=-\ln |x|+\ln |C|\Rightarrow y=\dfrac{C}{x}$.

Vậy, nghiệm phân tổng quát của phương trình đã cho là $y=\dfrac{C}{x}$ ($C$ là hằng số tùy ý).

Ngoài ra, bằng cách thử trực tiếp, ta thấy $x=0$, $y=0$ cũng là nghiệm của phương trình đã cho (nghiệm kì dị)

1161.12.2

by Site Owner -
Number of replies: 0

Thảo luận nội dung "Phương trình vi phân có biến phân ly"

Last modified: Thursday, 5 September 2024, 10:02 AM