题目
例1 求微分方程 (1+(y)^2)dx+(2x-1)ydy=0 的通解.

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查微分方程的解法,特别是可分离变量方程、一阶线性微分方程以及伯努利方程的识别与求解能力。
解题核心思路:
- 识别方程类型:通过整理方程形式,判断其是否属于可分离变量方程、线性方程或伯努利方程。
- 选择合适方法:优先选择计算简便的方法(如可分离变量),或通过变量代换将方程转化为标准形式(如线性方程)。
- 积分求解:根据方程类型,应用对应的积分公式或积分因子法求解通解。
破题关键点:
- 分离变量:将方程整理为关于$x$和$y$的分离形式,直接积分。
- 线性方程标准形式:将方程改写为$\frac{dx}{dy} + P(y)x = Q(y)$,计算积分因子。
- 伯努利方程代换:通过代换$z = y^{2}$将方程转化为线性方程(需读者自行推导)。
解法一:可分离变量方程
- 分离变量:
原方程变形为:
$\frac{dx}{2x-1} = -\frac{y}{1+y^2} dy$ - 积分求解:
- 左侧积分:$\int \frac{dx}{2x-1} = \frac{1}{2}\ln|2x-1| + C_1$
- 右侧积分:$\int -\frac{y}{1+y^2} dy = -\frac{1}{2}\ln(1+y^2) + C_2$
- 合并结果:
消去常数项后得:
$\ln|2x-1| = -\ln(1+y^2) + \ln C$
转化为指数形式:
$(2x-1)(1+y^2) = C$
整理得通解:
$(1-2x)(1+y^2) = C$
解法二:一阶线性微分方程
- 整理方程:
将方程改写为:
$\frac{dx}{dy} + \frac{2y}{1+y^2}x = \frac{y}{1+y^2}$ - 计算积分因子:
$\mu(y) = e^{\int \frac{2y}{1+y^2} dy} = 1+y^2$ - 应用通解公式:
$x = \frac{1}{1+y^2} \left( \int \frac{y}{1+y^2} \cdot (1+y^2) dy + C \right)$
积分得:
$x = \frac{1}{1+y^2} \left( \frac{y^2}{2} + C \right)$
整理后与解法一结果一致。