微分方程(dy)/(dx)=(y)/(x)+tan (y)/(x)的通解为()。A. sin (y)/(x) = CxB. sin (y)/(x) = (1)/(Cx)C. sin (x)/(y) = CxD. sin (x)/(y) = (1)/(Cx).
A. $\sin \frac{y}{x} = Cx$
B. $\sin \frac{y}{x} = \frac{1}{Cx}$
C. $\sin \frac{x}{y} = Cx$
D. $\sin \frac{x}{y} = \frac{1}{Cx}$.
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查齐次微分方程的解法,通过变量代换将方程转化为可分离变量的微分方程,进而求解通解。
解题核心思路:
- 识别齐次方程形式:方程右边仅含$\frac{y}{x}$的函数,可设$v = \frac{y}{x}$,将方程转化为关于$v$和$x$的方程。
- 分离变量积分:通过代换将方程整理为$\frac{dv}{\tan v} = \frac{dx}{x}$,分别对两边积分。
- 回代变量:将中间变量$v$替换回$\frac{y}{x}$,得到通解。
破题关键点:
- 正确代换:设$v = \frac{y}{x}$,并正确计算$\frac{dy}{dx}$。
- 分离变量:将方程整理为关于$v$和$x$的可分离形式。
- 积分处理:注意$\int \cot v \, dv = \ln|\sin v|$的积分结果。
步骤1:变量代换
设$v = \frac{y}{x}$,则$y = v x$,根据乘积法则得:
$\frac{dy}{dx} = v + x \frac{dv}{dx}$
步骤2:代入原方程
将$y = v x$和$\frac{dy}{dx} = v + x \frac{dv}{dx}$代入原方程$\frac{dy}{dx} = \frac{y}{x} + \tan\frac{y}{x}$,得:
$v + x \frac{dv}{dx} = v + \tan v$
两边减去$v$后整理为:
$x \frac{dv}{dx} = \tan v$
步骤3:分离变量并积分
将方程改写为:
$\frac{dv}{\tan v} = \frac{dx}{x}$
利用$\frac{1}{\tan v} = \cot v$,积分得:
$\int \cot v \, dv = \int \frac{1}{x} dx$
计算积分:
$\ln|\sin v| = \ln|x| + C$
步骤4:化简并回代变量
将等式改写为:
$\ln|\sin v| = \ln|Cx|$
取指数消去对数:
$|\sin v| = |Cx|$
去掉绝对值符号($C$为任意常数):
$\sin v = Cx$
回代$v = \frac{y}{x}$,得通解:
$\sin\frac{y}{x} = Cx$