AMKbook.Net Задачи должны иметь решение

Задача №1857

Условие

Найти общее решение уравнения \(\displaystyle{yy''=\left(y'\right)^2}\).

Решение

Замена: \(\displaystyle{y'=p(y)}\), \(\displaystyle{y''=p'p}\):

\[ yp'p=p^2;\quad p\cdot\left(yp'-p\right)=0;\; \left[\begin{aligned} & p=0;\\ & yp'-p=0. \end{aligned}\right. \]

Функция \(\displaystyle{p=0}\) является решением уравнения \(\displaystyle{yp'-p=0}\), поэтому отдельно разбирать случай \(\displaystyle{p=0}\) нет необходимости. Рассмотрим уравнение \(\displaystyle{yp'-p=0}\). При \(\displaystyle{p\neq{0}}\) будем иметь:

\[ y\frac{dp}{dy}=p;\; \frac{dp}{p}=\frac{dy}{y}.\\ \int\frac{dp}{p}=\int\frac{dy}{y};\; \ln|p|=\ln|y|+\ln{C_1};\; |p|=C_1|y|;\; p=\pm{C_1}y. \]

Здесь \(\displaystyle{C_1\gt{0}}\). Переобозначая \(\displaystyle{\pm{C_1}}\) как \(\displaystyle{C_1}\), получим: \(\displaystyle{p=C_1y}\), где \(\displaystyle{C_1\in{R}\setminus\{0\}}\). Решение \(\displaystyle{p=0}\) можно получить из выражения \(\displaystyle{p=C_1y}\) при \(\displaystyle{C_1=0}\), поэтому условие \(\displaystyle{C_1\in{R}\setminus\{0\}}\) можно изменить: \(\displaystyle{C_1\in{R}}\).

Так как \(\displaystyle{p=y'}\), то \(\displaystyle{y'=C_1y}\). Функция \(\displaystyle{y=0}\) – решение данного уравнения. При \(\displaystyle{y\neq{0}}\) получим:

\[ \frac{dy}{dx}=C_1y;\; \frac{dy}{y}=C_1dx;\; \int\frac{dy}{y}=C_1\int{dx}.\\ \ln|y|=C_1x+C_2;\; y=\pm{e}^{C_2}\cdot{e}^{C_1x}. \]

Переобозначая \(\displaystyle{\pm{e}^{C_2}}\) как \(\displaystyle{C_2}\), получим: \(\displaystyle{y=C_2{e}^{C_1x}}\), где \(\displaystyle{C_2\in{R}\setminus\{0\}}\). Решение \(\displaystyle{y=0}\) можно получить из выражения \(\displaystyle{y=C_2{e}^{C_1x}}\) при \(\displaystyle{C_2=0}\), поэтому условие \(\displaystyle{C_2\in{R}\setminus\{0\}}\) можно изменить: \(\displaystyle{C_2\in{R}}\).

Ответ:

\(\displaystyle{y=C_2{e}^{C_1x}}\)

Источники задачи

Задачник №1Берман "Сборник задач по курсу математического анализа"
Глава №14Дифференциальные уравнения
Параграф №3Уравнения второго и высших порядков
Задача №4172