题目
微分方程(3x^2+6y^2x)dx+(6x^2y+4y^2)dy=0的通解是()A. x^3+3x^2y^2+4y^2=CB. x^3+3x^2y^2-(4)/(3)y^3=CC. x^3+3x^2y^2+(4)/(3)y^3+C=0D. x^3+6x^2y^2+(4)/(3)y^3=C
微分方程$(3x^2+6y^2x)dx+(6x^2y+4y^2)dy=0$的通解是()
A. $x^3+3x^2y^2+4y^2=C$
B. $x^3+3x^2y^2-\frac{4}{3}y^3=C$
C. $x^3+3x^2y^2+\frac{4}{3}y^3+C=0$
D. $x^3+6x^2y^2+\frac{4}{3}y^3=C$
题目解答
答案
C. $x^3+3x^2y^2+\frac{4}{3}y^3+C=0$
解析
考查要点:本题主要考查全微分方程的解法,需要判断给定方程是否为恰当方程,并通过积分求出通解。
解题核心思路:
- 验证全微分条件:计算$\frac{\partial M}{\partial y}$和$\frac{\partial N}{\partial x}$,若相等则方程为恰当方程。
- 构造势函数$U(x,y)$:
- 对$M$关于$x$积分,得到$U$的部分表达式,包含未知函数$\varphi(y)$;
- 对结果关于$y$求导,与$N$比较,解出$\varphi(y)$;
- 合并所有项得到通解。
破题关键点:
- 正确计算偏导数,确认方程为恰当方程;
- 积分过程中处理未知函数$\varphi(y)$,通过对比确定其具体形式。
-
验证全微分条件
设$M = 3x^2 + 6y^2x$,$N = 6x^2y + 4y^2$,计算偏导数:
$\frac{\partial M}{\partial y} = 12xy, \quad \frac{\partial N}{\partial x} = 12xy$
两者相等,说明方程为恰当方程。 -
构造势函数$U(x,y)$
- 对$M$关于$x$积分:
$U = \int (3x^2 + 6y^2x) \, dx = x^3 + 3x^2y^2 + \varphi(y)$ - 对$U$关于$y$求导并与$N$对比:
$\frac{\partial U}{\partial y} = 6x^2y + \varphi'(y) = 6x^2y + 4y^2$
解得$\varphi'(y) = 4y^2$,积分得$\varphi(y) = \frac{4}{3}y^3 + C$。 - 合并结果:
$U = x^3 + 3x^2y^2 + \frac{4}{3}y^3 + C$
- 对$M$关于$x$积分:
-
通解形式
通解为$U = C'$,即:
$x^3 + 3x^2y^2 + \frac{4}{3}y^3 = C$
对应选项C(等式两边常数可调整符号)。