Линейные
уравнения первого порядка и уравнения, сводящиеся к ним.
Дифференциальное
уравнение вида
где функции непрерывны на некотором интервале , называется линейным
дифференциальным уравнением первого порядка.
Решается это
уравнение следующим образом. Сначала решаем однородное уравнение (ОУ): (2)
– решение этого уравнения. Пусть . Так как , то
Решение
этого уравнения
где – некоторая первообразная функции a – произвольная постоянная. С учётом решения общее решение однородного уравнения
записывается в виде (3)
Далее
применяем метод вариации постоянной (ВП): в уравнении (1) сделаем замену – новая неизвестная функция. Подставим в уравнение (1):
– произвольная постоянная. Отсюда получаем общее решение
уравнения (1):
Пример. Решить уравнение
Решение. Решаем однородное уравнение
отсюда
Метод
вариации постоянной (ВП): в исходном уравнении делаем замену :
Тогда
Уравнение
Бернулли.
Уравнением
Бернулли называется уравнение вида
где – натуральное число, – непрерывные на интервале функции.
Если , то – решение. Пусть . Поделим уравнение на :
и сделаем
замену
Получили
уравнение
которое
является линейным относительно
Пример. Решить уравнение
Решение.
– решение. Пусть . Поделим уравнение на :
Сделаем
замену
Решаем ОУ:
Метод ВП:
В исходном
уравнении делаем замену
Тогда
Ответ:
Уравнение
Риккати.
Уравнением
Риккати называется уравнение вида
В общем
случае уравнение Риккати не выражается через элементарные функции с помощью
конечного числа арифметических операций, суперпозиций и операций взятия
первообразных (говорят, что уравнение не разрешимо в квадратурах). Но если
известно частное решение уравнения Риккати , то заменой уравнение Риккати сводится к
уравнению Бернулли.