题目
一阶线性微分方程-dfrac (y)(x)=x(tan )^2x的通解为( )A.-dfrac (y)(x)=x(tan )^2xB.-dfrac (y)(x)=x(tan )^2xC.-dfrac (y)(x)=x(tan )^2xD.-dfrac (y)(x)=x(tan )^2x
一阶线性微分方程
的通解为( )
A.
B.
C.
D.
题目解答
答案
根据一阶线性微分方程通解公式,得方程的通解为




故答案选:A
解析
本题考查一阶线性微分方程的解法,核心思路是应用通解公式。关键在于将原方程整理为标准形式$y' + P(x)y = Q(x)$,确定积分因子后进行积分。破题点在于正确识别方程结构,合理应用分部积分法处理含$\tan^2 x$的积分。
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整理方程为标准形式
原方程$-\dfrac{y}{x} = x\tan^2 x$可变形为:
$y' + \dfrac{1}{x}y = -x\tan^2 x$ -
计算积分因子
积分因子为:
$\mu(x) = e^{\int \frac{1}{x} dx} = e^{\ln x} = x$ -
方程两边乘以积分因子
得:
$x y' + y = -x^2 \tan^2 x$
左侧可写为$\dfrac{d}{dx}(x y)$,积分得:
$x y = \int -x^2 \tan^2 x dx + C$ -
计算积分$\int -x^2 \tan^2 x dx$
利用$\tan^2 x = \sec^2 x - 1$,拆分为:
$\int -x^2 (\sec^2 x - 1) dx = \int -x^2 \sec^2 x dx + \int x^2 dx$- 第一部分:$\int -x^2 \sec^2 x dx$
分部积分得:
$-x^2 \tan x + \int 2x \tan x dx$
再次分部积分$\int 2x \tan x dx$,最终化简为$x \tan x - x^2$ - 第二部分:$\int x^2 dx = \dfrac{1}{3}x^3$
综合得:
$\int -x^2 \tan^2 x dx = x \tan x - x^2 + C$
- 第一部分:$\int -x^2 \sec^2 x dx$
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代入通解公式
$x y = x \tan x - x^2 + C \implies y = Cx + x \tan x - x^2$