Условия существования интегрирующего множителя
Интегрирующий множитель удовлетворяет дифференциальному уравнению:
Однако нет общего метода интегрирования такого уравнения. Рассмотрим частные случаи существования интегрирующих множителей вида: и
Теорема 1. Пусть в некоторой области D выполнены условия:
1) непрерывны;
2)
3) является функцией, зависящей только от переменной
Тогда дифференциальное уравнение (1) имеет интегрирующий множитель, зависящий только от и вычисляемый по формуле:
Теорема 2.Пусть в некоторой области D выполнены условия:
1) непрерывны;
2)
3) является функцией, зависящей только от переменной
Тогда дифференциальное уравнение (1) имеет интегрирующий множитель, зависящий только от и вычисляемый по формуле:
Примеры с решениями
Пример 1. Решить уравнение:
Решение. В данном примере
откуда получим:
Значит, данное уравнение в полных дифференциалах. Поэтому существует функция для которой выполняется равенство:
Составим и решим систему уравнений:
Проинтегрируем по первое уравнение, считая постоянным:
(*)
Определим функцию используя второе уравнение системы:
где произвольная постоянная.
Подставим в равенство (*):
Таким образом, общим интегралом данного уравнения будет:
Ответ:
Пример 2. Решить задачу Коши:
Решение. Проверим выполнение условия
и .
Следовательно, заданное уравнение в полных дифференциалах. Составим систему уравнений относительно неизвестной функции для которой выполняется равенство:
Тогда:
(**)
Найдем функцию используя второе уравнение системы:
где произвольная постоянная.
Подставим найденную в (**):
Таким образом, общий интеграл данного уравнения можно записать:
Найдем число так, чтобы выполнялось условие:
Следовательно, решение задачи Коши находится из общего решения при
Ответ:
Пример 3. Решить уравнение:
Решение. Проверим условие
Следовательно, это уравнение не является уравнением в полных дифференциалах. Проверим выполнение условий теоремы 1 существования интегрирующего множителя
Таким образом, интегрирующий множитель вида существует и находится по формуле:
Умножим заданное уравнение на найденную функцию и получим уравнение в полных дифференциалах:
Поэтому существует для которой
(***)
где произвольная постоянная.
Подставим в равенство (***):
Тогда общий интеграл запишется в виде:
При переходе от заданного уравнения к уравнению в полных дифференциалах было потеряно решение (при делении на ). Но оно входит в полученное семейство при
Ответ:
Пример 4. Решить уравнение:
Решение. Проверим условие
Следовательно, это уравнение не является уравнением в полных дифференциалах. Проверим выполнение условий теоремы 2 существования интегрирующего множителя
Таким образом, интегрирующий множитель вида существует и находится по формуле:
Умножим заданное уравнение на и решим полученное уравнение в полных дифференциалах:
Поэтому существует для которой выполняется равенство:
(****)
где произвольная постоянная.
Подставим найденную функцию в выражение (****):
Тогда общий интеграл запишется в виде:
Следовательно, это общий интеграл заданного уравнения.
Ответ:
Примеры
Решить ДУ или задачи Коши:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
Ответы
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.