Как найти общее и частное решения дифференциального уравнения (x^3-1)y’=3x^2y, если при y=7 и x=2?
Математика 11 класс Дифференциальные уравнения Дифференциальное уравнение общее решение частное решение математический анализ методы решения y и x уравнение первого порядка
Для решения данного дифференциального уравнения начнем с его приведения к стандартному виду. Уравнение имеет вид:
(x^3 - 1)y' = 3x^2y.
Мы можем переписать его в виде:
y' = (3x^2y) / (x^3 - 1).
Это уравнение является уравнением в виде y' = f(x, y), где f(x, y) = (3x^2y) / (x^3 - 1). Чтобы решить его, воспользуемся методом разделения переменных.
Шаг 1: Разделим переменные.
Мы можем выразить y' как:
y' = (3x^2 / (x^3 - 1))y.
Теперь разделим переменные:
(1/y) dy = (3x^2 / (x^3 - 1)) dx.
Шаг 2: Интегрируем обе стороны.
Теперь интегрируем обе стороны:
∫(1/y) dy = ∫(3x^2 / (x^3 - 1)) dx.
Левая сторона интеграла дает:
ln|y|.
Теперь сосредоточимся на правой стороне. Для интегрирования правой части воспользуемся методом подстановки. Пусть u = x^3 - 1, тогда du = 3x^2 dx. Таким образом, интеграл становится:
∫(1/u) du = ln|u| = ln|x^3 - 1|.
Теперь у нас есть:
ln|y| = ln|x^3 - 1| + C, где C - постоянная интегрирования.
Шаг 3: Найдем общее решение.
Возводим обе стороны в степень:
|y| = e^(ln|x^3 - 1| + C) = |x^3 - 1| * e^C.
Обозначим e^C как K (постоянная). Таким образом, общее решение будет иметь вид:
y = K * (x^3 - 1).
Шаг 4: Найдем частное решение с учетом начальных условий.
Теперь нам нужно найти значение K, используя начальные условия y(2) = 7. Подставим x = 2 в общее решение:
7 = K * (2^3 - 1) = K * (8 - 1) = K * 7.
Отсюда:
K = 7 / 7 = 1.
Шаг 5: Подставим значение K в общее решение.
Таким образом, частное решение будет:
y = 1 * (x^3 - 1) = x^3 - 1.
Итак, общее решение: y = K * (x^3 - 1),
частное решение: y = x^3 - 1.