Дифференциальное уравнение (5y-1)dx=xdy

-
+
С неизвестной функцией
(
)
Для задачи Коши
y
=
y’
=
y’’
=
y’’’
=
y’’’’
=
График
от
до

Решение

Вы ввели

$$5 y{\left(x \right)} - 1 = x \frac{d}{d x} y{\left(x \right)}$$

Подробное решение

Разделим обе части ур-ния на множитель при производной y':
$$- x$$
Получим уравнение:
$$- \frac{5 y{\left(x \right)} - 1}{x} = - \frac{d}{d x} y{\left(x \right)}$$
Это дифф. уравнение имеет вид:
y' + P(x)y = Q(x)

где
$$P{\left(x \right)} = - \frac{5}{x}$$
и
$$Q{\left(x \right)} = - \frac{1}{x}$$
и называется линейным неоднородным
дифф. уравнением 1го порядка:
Решим сначала надо соответствующее линейное однородное ур-ние
y' + P(x)y = 0

с разделяющимися переменными
Данное ур-ние решается следущими шагами:
Из y' + P(x)y = 0 получаем

$$\frac{dy}{y} = - P{\left(x \right)} dx$$, при y не равным 0
$$\int \frac{1}{y}\, dy = - \int P{\left(x \right)}\, dx$$
$$\log{\left(\left|{y}\right| \right)} = - \int P{\left(x \right)}\, dx$$
Или,
$$\left|{y}\right| = e^{- \int P{\left(x \right)}\, dx}$$
Поэтому,
$$y_{1} = e^{- \int P{\left(x \right)}\, dx}$$
$$y_{2} = - e^{- \int P{\left(x \right)}\, dx}$$
Из выражения видно, что надо найти интеграл:
$$\int P{\left(x \right)}\, dx$$
Т.к.
$$P{\left(x \right)} = - \frac{5}{x}$$, то
$$\int P{\left(x \right)}\, dx$$ =
= $$\int \left(- \frac{5}{x}\right)\, dx = - 5 \log{\left(x \right)} + Const$$
Подробное решение интеграла
Зн., решение однородного линейного ур-ния:
$$y_{1} = x^{5} e^{C_{1}}$$
$$y_{2} = - x^{5} e^{C_{2}}$$
что соотв. решению
с любой константой C, не равной нулю:
$$y = C x^{5}$$
Мы нашли решение соотв. однородного ур-ния
Теперь надо решить наше неоднородное уравнение
y' + P(x)y = Q(x)

Используем метод вариации произвольной постоянной
Теперь, считаем, что C - это функция от x

$$y = x^{5} C{\left(x \right)}$$
И подставим в исходное уравнение.
Воспользовавшись правилами
- дифференцирования произведения;
- производной сложной функции,
находим, что
$$\frac{d}{d x} C{\left(x \right)} = Q{\left(x \right)} e^{\int P{\left(x \right)}\, dx}$$
Подставим Q(x) и P(x) в это уравнение.
Получим простейшее дифф. ур-ние для C(x):
$$\frac{d}{d x} C{\left(x \right)} = - \frac{1}{x^{6}}$$
Зн., C(x) =
$$\int \left(- \frac{1}{x^{6}}\right)\, dx = Const + \frac{1}{5 x^{5}}$$
Подробное решение интеграла
подставим C(x) в
$$y = x^{5} C{\left(x \right)}$$
и получим окончательный ответ для y(x):
$$x^{5} \left(Const + \frac{1}{5 x^{5}}\right)$$

График для задачи Коши

Классификация

factorable
separable
1st exact
1st linear
Bernoulli
almost linear
linear coefficients
separable reduced
lie group
nth linear euler eq nonhomogeneous undetermined coefficients
nth linear euler eq nonhomogeneous variation of parameters
separable Integral
1st exact Integral
1st linear Integral
Bernoulli Integral
almost linear Integral
linear coefficients Integral
separable reduced Integral
nth linear euler eq nonhomogeneous variation of parameters Integral

Численный ответ

(x, y):
(-10.0, 0.75)
(-7.777777777777778, 0.3565454038844337)
(-5.555555555555555, 0.22910718332858382)
(-3.333333333333333, 0.2022633746473494)
(-1.1111111111111107, 0.20000932476937722)
(1.1111111111111107, 0.20004855373083566)
(3.333333333333334, 0.21180065454027108)
(5.555555555555557, 0.3517572935906379)
(7.777777777777779, 1.0161871465765946)
(10.0, 3.067557256989562)

Еще ссылки

Решите дифференциальное уравнение (5y-1)dx=xdy ((5 у минус 1) дэ икс равно х дэ игрек) - различные методы решения и порядка дифференциальных уравнений [Есть ответ!]:

Идентичные выражения:

(5y- один)dx=xdy
(5 у минус 1) дэ икс равно х дэ игрек
(5 у минус один) дэ икс равно х дэ игрек

Похожие выражения: