Question

Y'x+y=-xy^2 уравнение бернулли

Answer 1

Привет! Спасибо за вопрос. Давай разберем уравнение Бернулли:

Y'x + y = -xy^2

Это уравнение Бернулли, потому что оно может быть приведено к виду:

Y' + p(x)y = q(x)y^n

В нашем случае, p(x) = 1/x, q(x) = -x и n = 2.

Первый шаг в решении этого уравнения - преобразовать его к стандартному виду, чтобы получить линейное дифференциальное уравнение. Для этого мы домножаем обе части уравнения на x^(-n):

x^(-2)Y' + x^(-1)y = -y^2

Теперь мы вводим новую переменную z = y^(1-n), где n = 2:

z = y^(1-2) = y^(-1)

Чтобы продолжить, нужно найти производную z по x. Используя цепное правило, получаем:

dz/dx = (-1)y^(-2)y' = (-1)y^(-2)(Y'x + y)

Теперь подставим полученные значения в исходное уравнение:

x^(-2)Y' + x^(-1)y = -y^2
x^(-2)dz/dx + x^(-1)z = -1

Это уже линейное дифференциальное уравнение первого порядка. Мы можем решить его с помощью метода интегрирующего множителя. Для этого мы ищем функцию u(x), удовлетворяющую условию:

du/dx = x^(-2)u

Интегрируем это уравнение:

∫(1/u)du = ∫x^(-2)dx
ln|u| = -x^(-1) + C

Где С - произвольная постоянная. Теперь возьмем экспоненту от обеих частей уравнения:

u = e^(-x^(-1) + C)
u = e^C * e^(-x^(-1))
u = Ce^(-1/x)

Затем умножим полученное решение на исходное уравнение:

Ce^(-1/x)z = Ce^(-1/x)y^(-1) = Ce^(-1/x)y^(-1) (y^(-1))

Теперь заменим z на y^(-1) в полученном уравнении:

Ce^(-1/x)y^(-1) = z = y^(-1)

Деля обе части на y^(-1), получим:

Ce^(-1/x) = 1

Так как это равенство выполняется для любых значений x, C должно равняться 1:

e^(-1/x) = 1

Возьмем экспоненту от обеих частей:

-1/x = ln(1)
-1/x = 0

Учитывая, что ln(1) = 0, получаем:

-1/x = 0
x = -∞

Таким образом, решение исходного уравнения Бернулли - y = 0 при x < 0.