题目
'-y-sqrt ({y)^2-(x)^2}=0;
;
题目解答
答案
解(1) 原方程变为
.
令
, 则原方程化为
, 即
,
两边积分得
, 即
,
将
代入上式得原方程的通解
, 即
.
解析
考查要点:本题主要考查齐次微分方程的解法,通过变量替换将方程转化为可分离变量的形式,进而求解通解。
解题核心思路:
- 识别方程类型:观察方程结构,发现方程中的项可表示为$\frac{y}{x}$的函数,属于齐次方程。
- 变量替换:令$u = \frac{y}{x}$,将原方程转化为关于$u$和$x$的方程。
- 分离变量积分:通过分离变量法对新方程积分,得到关于$u$和$x$的关系式。
- 回代求解:将$u = \frac{y}{x}$代回积分结果,整理得到原方程的通解。
原方程变形:
将原方程$xy' - y - \sqrt{y^2 - x^2} = 0$改写为:
$y' = \frac{y}{x} + \sqrt{\left(\frac{y}{x}\right)^2 - 1}$
变量替换:
令$u = \frac{y}{x}$,则$y = ux$,代入导数关系得:
$y' = u + x \frac{du}{dx}$
方程转化:
将$y'$代入变形后的原方程,得:
$u + x \frac{du}{dx} = u + \sqrt{u^2 - 1}$
化简后得到:
$x \frac{du}{dx} = \sqrt{u^2 - 1}$
分离变量积分:
将方程改写为:
$\frac{1}{\sqrt{u^2 - 1}} du = \frac{1}{x} dx$
两边积分得:
$\ln \left(u + \sqrt{u^2 - 1}\right) = \ln x + \ln C$
整理为:
$u + \sqrt{u^2 - 1} = Cx$
回代求解:
将$u = \frac{y}{x}$代入上式,得:
$\frac{y}{x} + \sqrt{\left(\frac{y}{x}\right)^2 - 1} = Cx$
两边乘以$x$并整理,最终通解为:
$y + \sqrt{y^2 - x^2} = Cx^2$