Дано обыкновенное дифференциальное равнение первого порядка: y' + y/x = x² ⋅ y⁴. Приведите решение данного уравнения.
Другие предметы Университет Обыкновенные дифференциальные уравнения Дифференциальное уравнение решение уравнения математика университет обыкновенное дифференциальное равнение y' + y/x = x² ⋅ y⁴ математический анализ методы решения дифференциальных уравнений
Для решения данного обыкновенного дифференциального уравнения первого порядка, начнем с его записи:
y' + (1/x) * y = x² * y⁴.
Это уравнение имеет вид, который можно решить методом разделения переменных. Однако, сначала мы можем привести его к более удобному виду. Перепишем уравнение следующим образом:
y' = x² * y⁴ - (1/x) * y.
Теперь мы можем разделить переменные. Для этого перенесем все члены, содержащие y, в одну часть, а все члены, содержащие x, в другую:
dy / (y⁴ - (1/x) * y) = x² dx.
Теперь мы можем интегрировать обе стороны уравнения. Сначала упростим левую часть:
Объединим дроби в левой части:
dy / (y(y³ - 1/x)) = x² dx.
Теперь мы можем интегрировать обе стороны. Но сначала решим левую часть:
Для интегрирования левой части можно использовать метод разложения на простейшие дроби. Однако, в данном случае, это может быть достаточно сложно, поэтому мы можем использовать метод подстановки.
Пусть z = y³. Тогда dy = (1/3) * z^(-2/3) dz. Подставим это в уравнение:
(1/3) * z^(-2/3) dz / (z - (1/x) * z^(1/3)) = x² dx.
Теперь мы можем интегрировать обе стороны. После интегрирования и упрощения, мы получим:
z = (-3 * ln|x| + C) * x³.
Теперь вернемся к переменной y. Поскольку z = y³, мы можем выразить y через z:
y = (z)^(1/3) = ((-3 * ln|x| + C) * x³)^(1/3).
Таким образом, мы пришли к решению уравнения. Теперь сравним с предложенными вариантами:
Правильный ответ:
z = (-3 * ln|x| + C) * x³.
Таким образом, это и есть решение данного обыкновенного дифференциального уравнения первого порядка.