Уравнения с разделяющимися переменными
Такие уравнения приводятся к виду
. (4)
Для нахождения решения уравнения с разделяющимися переменными представим его в виде и проинтегрируем: . Решение является частным решением уравнения (4) и должно включаться в множество его решений.
Однородные дифференциальные уравнения
Функция называется однородной степени , если для любого числа имеет место тождество . Дифференциальное уравнение вида называется однородным, если функции и являются однородными одной степени. Однородное дифференциальное уравнение интегрируется заменой переменных .
Линейные дифференциальные уравнения
Такое уравнение может быть представлено в виде
. (5)
Его решение ищется в виде , тогда по формуле производной произведения . После подстановки выражения для и в (5) получим , откуда . Далее предполагается, что выражение в скобках принимает значение, равное нулю, и уравнение (5) сводится к паре дифференциальных уравнений с разделяющимися переменными вида .
Уравнения в полных дифференциалах
Если для дифференциального уравнения вида найдется функция , дифференциал которой совпадает с левой частью уравнения, т.е. , то уравнение называют уравнением в полных дифференциалах. Тогда , , а решение уравнения в неявном виде определяется как . При этом должно выполняться условие , т.е. равенство смешанных производных второго порядка. Для определения вычисляют , откуда путем дифференцирования по определяют . Поскольку выражение в левой части есть , то . Интегрируя полученное равенство по получают , подстановка которого в дает решение исходного уравнения.
Дифференциальные уравнения старших порядков
Дифференциальные уравнения второго порядка, допускающие понижение порядка
Общий вид ОДУ, разрешенного относительно старшей производной, имеет вид
. (6)
Его общее решение имеет вид и содержит 2 независимые произвольные постоянные и . В общем случае ОДУ II порядка не может быть решено в конечном виде.
1) ОДУ (6) не содержит аргумента x, т.е.имеет вид , или .
В этом случае интегрирование производится путем замены переменной . Тогда . При подстановке получаем:
а) уравнение принимает вид , т.е. сводится к ОДУ I порядка;
б) уравнение принимает вид или , т.е. представляет собой ОДУ I порядка с разделяющимися переменными;
в) уравнение принимает вид , откуда , т.е. также получается ОДУ I порядка с разделяющимися переменными.
2) ОДУ (6) не зависит от y, т.е. имеет вид . Тогда замена , приводит к виду , т.е. получается ОДУ I порядка.