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第1题
求微分方程 $x\dfrac{dy}{dx}=y\ln\dfrac{y}{x}$ 的通解。
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答案
$y=x\cdot e^{cx+1}$,$c$为任意常数
齐次微分方程
变量替换
分离变量法
通解
📋 解题步骤
1
识别方程类型
▼
将方程写为 $\dfrac{dy}{dx}=\dfrac{y}{x}\ln\dfrac{y}{x}$ 右边可表示为 $\dfrac{y}{x}$ 的函数,因此这是**齐次微分方程**,使用变量替换 $u=\dfrac{y}{x}$。
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2
变量替换
▼
令 $u=\dfrac{y}{x}$,则 $y=ux$。 对 $x$ 求导:$$\frac{dy}{dx}=u+x\frac{du}{dx}$$ 将 $y=ux$ 和 $\dfrac{dy}{dx}$ 代入原方程:$$u+x\frac{du}{dx}=u\ln u$$
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3
分离变量
▼
整理得:$$x\frac{du}{dx}=u(\ln u-1)$$ 分离变量:$$\frac{du}{u(\ln u-1)}=\frac{dx}{x}$$ 两边积分:$$\int\frac{du}{u(\ln u-1)}=\int\frac{dx}{x}$$
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4
计算积分
▼
对左边,令 $v=\ln u-1$,则 $dv=\dfrac{du}{u}$, $$\int\frac{dv}{v}=\ln|v|=\ln|\ln u-1|$$ 对右边:$$\int\frac{dx}{x}=\ln|x|+\ln|C_1|=\ln|C_1 x|$$ (其中 $\ln|C_1|$ 为积分常数)
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5
回代并整理通解
▼
由 $\ln|\ln u-1|=\ln|C_1 x|$ 得:$$\ln u-1=Cx$$ (其中 $C=\pm C_1$ 为任意常数) 即:$$\ln\frac{y}{x}=Cx+1$$ 取指数得通解:$$\boxed{y=x\cdot e^{Cx+1}}$$ 其中 $C$ 为任意常数。
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