Дифференциальное уравнение xy'=y(1+ln(y/x))
Решение
Вы ввели
$$x \frac{d}{d x} y{\left(x \right)} = \left(\log{\left(\frac{y{\left(x \right)}}{x} \right)} + 1\right) y{\left(x \right)}$$
Подробное решение
Дано уравнение:
$$x \frac{d}{d x} y{\left(x \right)} - \left(\log{\left(\frac{y{\left(x \right)}}{x} \right)} + 1\right) y{\left(x \right)} = 0$$
Сделаем замену
$$u{\left(x \right)} = \frac{y{\left(x \right)}}{x}$$
и т.к.
$$y{\left(x \right)} = x u{\left(x \right)}$$
то
$$\frac{d}{d x} y{\left(x \right)} = x \frac{d}{d x} u{\left(x \right)} + u{\left(x \right)}$$
подставляем
$$- x u{\left(x \right)} \log{\left(u{\left(x \right)} \right)} - x u{\left(x \right)} + x \frac{d}{d x} x u{\left(x \right)} = 0$$
или
$$x^{2} \frac{d}{d x} u{\left(x \right)} - x u{\left(x \right)} \log{\left(u{\left(x \right)} \right)} = 0$$
Это дифф. уравнение имеет вид:
где
$$f_{1}{\left(x \right)} = 1$$
$$g_{1}{\left(u \right)} = 1$$
$$f_{2}{\left(x \right)} = - \frac{1}{x}$$
$$g_{2}{\left(u \right)} = - u{\left(x \right)} \log{\left(u{\left(x \right)} \right)}$$
Приведём ур-ние к виду:
Разделим обе части ур-ния на g2(u)
$$- u{\left(x \right)} \log{\left(u{\left(x \right)} \right)}$$
получим
$$- \frac{\frac{d}{d x} u{\left(x \right)}}{u{\left(x \right)} \log{\left(u{\left(x \right)} \right)}} = - \frac{1}{x}$$
Этим самым мы разделили переменные x и u.
Теперь домножим обе части ур-ния на dx,
тогда ур-ние будет таким
$$- \frac{dx \frac{d}{d x} u{\left(x \right)}}{u{\left(x \right)} \log{\left(u{\left(x \right)} \right)}} = - \frac{dx}{x}$$
или
$$- \frac{du}{u{\left(x \right)} \log{\left(u{\left(x \right)} \right)}} = - \frac{dx}{x}$$
Возьмём от обеих частей ур-ния интегралы:
- от левой части интеграл по u,
- от правой части интеграл по x.
$$\int \left(- \frac{1}{u \log{\left(u \right)}}\right)\, du = \int \left(- \frac{1}{x}\right)\, dx$$
Подробное решение интеграла с u
Подробное решение интеграла с x
Возьмём эти интегралы
$$- \log{\left(\log{\left(u \right)} \right)} = Const - \log{\left(x \right)}$$
Подробное решение простого уравнения
Мы получили обыкн. ур-ние с неизвестной u.
(Const - это константа)
Решением будет:
$$u{\left(x \right)} = e^{C_{1} x}$$
делаем обратную замену
$$y{\left(x \right)} = x u{\left(x \right)}$$
$$y1 = y(x) = x e^{C_{1} x}$$
$$x \frac{d}{d x} y{\left(x \right)} - \left(\log{\left(\frac{y{\left(x \right)}}{x} \right)} + 1\right) y{\left(x \right)} = 0$$
Сделаем замену
$$u{\left(x \right)} = \frac{y{\left(x \right)}}{x}$$
и т.к.
$$y{\left(x \right)} = x u{\left(x \right)}$$
то
$$\frac{d}{d x} y{\left(x \right)} = x \frac{d}{d x} u{\left(x \right)} + u{\left(x \right)}$$
подставляем
$$- x u{\left(x \right)} \log{\left(u{\left(x \right)} \right)} - x u{\left(x \right)} + x \frac{d}{d x} x u{\left(x \right)} = 0$$
или
$$x^{2} \frac{d}{d x} u{\left(x \right)} - x u{\left(x \right)} \log{\left(u{\left(x \right)} \right)} = 0$$
Это дифф. уравнение имеет вид:
f1(x)*g1(u)*u' = f2(x)*g2(u),
где
$$f_{1}{\left(x \right)} = 1$$
$$g_{1}{\left(u \right)} = 1$$
$$f_{2}{\left(x \right)} = - \frac{1}{x}$$
$$g_{2}{\left(u \right)} = - u{\left(x \right)} \log{\left(u{\left(x \right)} \right)}$$
Приведём ур-ние к виду:
g1(u)/g2(u)*u'= f2(x)/f1(x).
Разделим обе части ур-ния на g2(u)
$$- u{\left(x \right)} \log{\left(u{\left(x \right)} \right)}$$
получим
$$- \frac{\frac{d}{d x} u{\left(x \right)}}{u{\left(x \right)} \log{\left(u{\left(x \right)} \right)}} = - \frac{1}{x}$$
Этим самым мы разделили переменные x и u.
Теперь домножим обе части ур-ния на dx,
тогда ур-ние будет таким
$$- \frac{dx \frac{d}{d x} u{\left(x \right)}}{u{\left(x \right)} \log{\left(u{\left(x \right)} \right)}} = - \frac{dx}{x}$$
или
$$- \frac{du}{u{\left(x \right)} \log{\left(u{\left(x \right)} \right)}} = - \frac{dx}{x}$$
Возьмём от обеих частей ур-ния интегралы:
- от левой части интеграл по u,
- от правой части интеграл по x.
$$\int \left(- \frac{1}{u \log{\left(u \right)}}\right)\, du = \int \left(- \frac{1}{x}\right)\, dx$$
Подробное решение интеграла с u
Подробное решение интеграла с x
Возьмём эти интегралы
$$- \log{\left(\log{\left(u \right)} \right)} = Const - \log{\left(x \right)}$$
Подробное решение простого уравнения
Мы получили обыкн. ур-ние с неизвестной u.
(Const - это константа)
Решением будет:
u_1 =
$$u{\left(x \right)} = e^{C_{1} x}$$
делаем обратную замену
$$y{\left(x \right)} = x u{\left(x \right)}$$
$$y1 = y(x) = x e^{C_{1} x}$$
Ответ
$$y{\left(x \right)} = x e^{C_{1} x}$$
График для задачи Коши
Классификация
factorable
1st homogeneous coeff best
1st homogeneous coeff subs indep div dep
1st homogeneous coeff subs dep div indep
separable reduced
lie group
1st homogeneous coeff subs indep div dep Integral
1st homogeneous coeff subs dep div indep Integral
separable reduced Integral
Численный ответ
(x, y):
(-10.0, 0.75)
(-7.777777777777778, nan)
(-5.555555555555555, nan)
(-3.333333333333333, nan)
(-1.1111111111111107, 2.78363573e-315)
(1.1111111111111107, 6.971028255580836e+173)
(3.333333333333334, 3.1933833808213398e-248)
(5.555555555555557, 1.0614554193618124e-46)
(7.777777777777779, 8.388243567736633e+296)
(10.0, 2.993420169484769e-306)
Еще ссылки
Решите дифференциальное уравнение xy'=y(1+ln(y/x)) (х у штрих первого (1-го) порядка равно у (1 плюс ln(у делить на х))) - различные методы решения и порядка дифференциальных уравнений [Есть ответ!]:
Дифференциальное уравнение
Идентичные выражения:
xy'=y(один +ln(y/x))
х у штрих первого (1-го) порядка равно у (1 плюс ln( у делить на х ))
х у штрих первого (1-го) порядка равно у (один плюс ln( у делить на х ))
xy'=y(1+ln(y разделить на x))
xy'=y(1+ln(y : x))
xy'=y(1+ln(y ÷ x))