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下面我们来学习用积分法解一阶微分方程的问题。
并不是所有的一阶微分方程都可以用积分法求解,只有一些特殊形式的一阶微分方程可以用积分法求解,并且解法也各不相同。因此,我们学习时要认清各种微分方程的特点及它们的解法。
可分离变量的微分方程
这种方程的形式为:
我们往往会以为将上式两端积分即可求解。其实是不对的。因为两端积分后,得 ,右端是什么也求不出的,所以求不出y来。
其正确解法为:设y=y(x)为所求的解,于是当y=y(x)时,有
,即
这一步把y的函数及dy与x的函数及dx分开了,称为分离变量,这是求解的关键的一步,下一步我们就可由不定积分换元法进行求解了。
例题:求方程 的通解。
解答:这是一个可分离变量的方程,分离变量后得

两端分别积分,得

令 ,得
这就是该方程的通解。
齐次微分方程
这种微分方程的形式为:
它也不能由两端积分求解。其求解步骤为:
令 ,则 ,y的微分方程就化成了u的微分方程
即:
这就化成了可分离变量的微分方程,再由上面我们所学的方法就可求出方程的通解。
例题:求方程 的特解。
解答:这是一个齐次方程。令y=ux代入,得

分离变量后,得

两端分别积分,得
或
其中
代回u=y/x,得原方程的通解为
将初始条件y(0)=1代入,得
C=1.
所以满足初始条件的特解为
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