题目
求下列微分方程的通解:-|||-'+ycos x=(e)^-sin x.
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查一阶线性非齐次微分方程的解法,涉及齐次方程的通解求解和常数变易法的应用。
解题核心思路:
- 分离变量法求解对应的齐次方程,得到通解形式;
- 常数变易法将齐次解中的常数替换为关于$x$的函数,代入原方程求解特解;
- 叠加原理得到非齐次方程的通解。
破题关键点:
- 正确分离变量并积分求齐次解;
- 构造变易函数$u(x)$,代入原方程后化简方程求$u(x)$;
- 积分求特解并组合通解。
步骤1:求齐次方程的通解
齐次方程为:
$\frac{dy}{dx} + y \cos x = 0$
分离变量得:
$\frac{dy}{y} = -\cos x \, dx$
积分两边:
$\ln |y| = -\sin x + C_1$
整理得齐次通解:
$y = C e^{-\sin x} \quad (C = \pm e^{C_1})$
步骤2:用常数变易法求特解
将齐次解中的常数$C$替换为$x$的函数$u(x)$,设:
$y = u e^{-\sin x}$
计算导数:
$y' = u' e^{-\sin x} - u \cos x e^{-\sin x}$
代入原方程:
$u' e^{-\sin x} - u \cos x e^{-\sin x} + u e^{-\sin x} \cos x = e^{-\sin x}$
化简后得:
$u' e^{-\sin x} = e^{-\sin x}$
解得:
$u' = 1 \quad \Rightarrow \quad u = x + C$
步骤3:组合通解
将$u = x + C$代入$y = u e^{-\sin x}$,得通解:
$y = (x + C) e^{-\sin x}$