求微分方程dy/dx+2xy=4x的通解
解:这是一个一阶线性方程,属于dy/dx+Py=Q一类。其特点是:y'和y都是一次方,故称“线性”;
P,Q都是x的函数。此类方程的程式化解法是所谓“常数变易法”,很好掌握。但要注意的是,右边的Q是x的函数,不含y。
第一步:求齐次方程dy/dx+2xy=0的通解:【所谓“齐次”是指左边是y'和y都是一次(次数整齐),而右
边是0】分离变量得:dy/y=-2xdx,【分离变量就是把含y的式子与dy放在一起;函数x的实在与
dx放在一起】。
积分之,得lny=-x²+lnC₁【积分常数不简单的取C而取lnC₁是便于后面的运算】
故得y=e^(-x²+lnC₁)=C₁e^(-x²);
第二步:将C₁换成x的函数u【这就是“常数变易法】得y=ue^(-x²).............(1)
将(1)对x取导数,得dy/dx=(du/dx)e^(-x²)-2xue^(⁻x²)............(2)
将(1)和(2)代入原式得:(du/dx)e^(-x²)-2xue^(⁻x²)-2xue^(-x²)=4x
消去同类项【注意:把(1)和(2)代入原式后,一定会出现两个同类项,从而可消去它们;若不出
现两个同类项,就说明你前面的运算有错!】得:(du/dx)e^(-x²)=4x;
再分离变量得du=4xe^(x²)dx;
积分之,得u=4∫xe^(x²)dx=2∫d[e^(x²)=2e^(x²)+C;
第三步:代入(1)式即得原方程的通解为:y=[2e^(x²)+C]e^(-x²)=2+Ce^(-x²).
【你把你提供的答案y=e^(-x²)[∫4xe^(x²)+C]积分出来就是这个结果】
【这类问题都可按此程序求解。我建议你熟练掌握此运算的全过程。当然你若喜欢直接套公式也
是可以的。公式也是按此程序推出来的。】
【算完后,可以求出y',再将y'和y代入原式看等式是否成立,以检查运算是否正确】