Как найти общее и частное решения дифференциального уравнения (x^3-1)y’=3x^2y при условии, что у=7 и х=2?
Математика 11 класс Дифференциальные уравнения
Для решения данного дифференциального уравнения мы можем использовать метод разделения переменных. Уравнение имеет вид:
(x^3 - 1)y' = 3x^2y.
Сначала перепишем его в более удобной форме:
y' = (3x^2 / (x^3 - 1))y.
Теперь мы можем разделить переменные, то есть выразить все, что связано с y, с одной стороны, а все, что связано с x, с другой:
dy/y = (3x^2 / (x^3 - 1))dx.
Теперь интегрируем обе стороны:
Для интегрирования правой части нам нужно упростить дробь. Мы можем сделать замену переменной. Заметим, что производная x^3 - 1 равна 3x^2, поэтому можно использовать замену:
u = x^3 - 1, du = 3x^2 dx.
Тогда интеграл становится:
∫(1/u) du = ln|u| + C2 = ln|x^3 - 1| + C2.
Теперь подставляем полученные интегралы обратно в уравнение:
ln|y| = ln|x^3 - 1| + C.
Где C = C2 - C1. Теперь, используя свойства логарифмов, мы можем избавиться от логарифмов:
|y| = e^(ln|x^3 - 1| + C) = |x^3 - 1| * e^C.
Обозначим e^C как K (постоянная). Таким образом, мы получаем:
y = K(x^3 - 1).
Это общее решение нашего дифференциального уравнения.
Теперь найдем частное решение, используя начальные условия: y = 7, x = 2.
Подставим эти значения в общее решение:
7 = K(2^3 - 1) = K(8 - 1) = K * 7.
Отсюда K = 1.
Теперь подставим K обратно в общее решение:
y = 1(x^3 - 1) = x^3 - 1.
Таким образом, общее решение: y = K(x^3 - 1), а частное решение: y = x^3 - 1.