Question

Найти общее решение (интеграл) дифференциального уравнения

Answer 1

1) $xy''-y'=e^xx^2$

Поскольку x = 0 не является решением данного дифференциального уравнения, то поделим обе части уравнения на $x^2$, получаем

$\dfrac{xy''-y'}{x^2}=e^x$

В левой части уравнения это ни что иное как формула производной частного, то есть :

$\left(\dfrac{y'}{x}\right)'=e^x$

$\dfrac{y'}{x}=\displaystyle \int e^xdx=e^x+C_1\\ \\ y'=xe^x+C_1x\\ \\ y=\int \Big(xe^x+C_1x)dx=\int xe^xdx+\int C_1xdx~\boxed{=}$

Подсчитаем отдельный интеграл $I_1$ по частям.

$I_1=\displaystyle \int xe^xdx=\left|\left|\begin{array}{ccc}u=x;~~~ du=dx\\ \\ dv=e^xdx;~~ v=e^x\end{array}\right|\right|=uv-\int vdu=xe^x-\int e^xdx=\\ \\ \\ =xe^x-e^x+C_2$

$\boxed{=}~ xe^x-e^x+C_2+\dfrac{C_1x^2}{2}=e^x(x-1)+\dfrac{C_1x^2}{2}+C_2$

2) $y''-3y'=0$

Это линейное однородное дифференциальное с постоянными коэффициентами. Замена $y=e^{kx}$, перейдём к характеристическому уравнению: $k^2-3k=0$, $k(k-3)=0$ корни которого $k_1=0$ и $k_2=3$. Тогда общее решение диф. уравнения: $y=C_1+C_2e^{3x}$ и его первая производная $y'=3C_2e^{3x}$.

Осталось найти константы C₁ и C₂ , подставляя начальные условия.

$\displaystyle \left \{ {{1=C_1+C_2} \atop {6=3C_2}} \right. ;~~\left \{ {{C_1=-1} \atop {C_2=2}} \right.$

$y=-1+2e^{3x}$ — частное решение.