AMKbook.Net Задачи должны иметь решение

Задача №1845

Условие

Найти общее решение уравнения \(\displaystyle{y'=\frac{y^2}{x^2}-2}\).

Решение

Осуществляя замену \(\displaystyle{y=ux}\), \(\displaystyle{y=u'x+u}\), получим:

\[ u'x+u=u^2-2;\; xdu=\left(u^2-u-2\right)dx. \]

Рассмотрим случай \(\displaystyle{u^2-u-2=0}\), т.е. \(\displaystyle{u=-1}\) или \(\displaystyle{u=2}\). Непосредственной подстановкой убеждаемся, что данные функции являются решениями уравнения \(\displaystyle{xdu=\left(u^2-u-2\right)dx}\). Соответственно, функции \(\displaystyle{y=-x}\) и \(\displaystyle{y=2x}\) – решения исходного уравнения.

Исключая варианты \(\displaystyle{u=-1}\), \(\displaystyle{u=2}\) и полагая \(\displaystyle{C_1\gt{0}}\), получим:

\[ \int\frac{d\left(u-\frac{1}{2}\right)}{\left(u-\frac{1}{2}\right)^2-\frac{9}{4}}=\int\frac{dx}{x};\; \frac{1}{3}\ln\left|\frac{u-2}{u+1}\right|=\ln|x|+\frac{1}{3}\ln{C_1};\\ \ln\left|\frac{u-2}{u+1}\right|=\ln\left(C_1\left|x^3\right|\right);\; \left|\frac{u-2}{u+1}\right|=C_1\left|x^3\right|. \]

Раскрывая модули и переобозначая \(\displaystyle{C=\pm{C_1}}\), \(\displaystyle{C\neq{0}}\), получим:

\[ \frac{u-2}{u+1}=Cx^3;\; \frac{y-2x}{y+x}=Cx^3;\; y=\frac{Cx^4+2x}{1-Cx^3}. \]

Полагая \(\displaystyle{C=0}\) в найденном выражении, получим \(\displaystyle{y=2x}\).

Ответ:

\(\displaystyle{y=\frac{Cx^4+2x}{1-Cx^3}}\), \(\displaystyle{y=-x}\).

Источники задачи

Задачник №1Берман "Сборник задач по курсу математического анализа"
Глава №14Дифференциальные уравнения
Параграф №1Уравнения первого порядка
Задача №3934