题目
5.微分方程y'+ycos x=e^-sin x的通解为()A. y=e^-sin x(x+C)B. y=e^-cos x(x+C)C. y=e^sin x(x+C)D. y=e^cos x(x+C)
5.微分方程$y'+y\cos x=e^{-\sin x}$的通解为()
A. $y=e^{-\sin x}(x+C)$
B. $y=e^{-\cos x}(x+C)$
C. $y=e^{\sin x}(x+C)$
D. $y=e^{\cos x}(x+C)$
题目解答
答案
A. $y=e^{-\sin x}(x+C)$
解析
本题考查一阶线性非齐次微分方程的求解。解题思路是先判断方程类型,再利用一阶线性非齐次微分方程的通解公式进行求解。
对于一阶线性非齐次微分方程的标准形式为$y'+P(x)y = Q(x)$,其通解公式为$y = e^{-\int P(x)dx}(\int Q(x)e^{\int P(x)dx}dx + C)$,其中$C$为任意常数。
下面我们来求解给定的微分方程$y'+y\cos x=e^{-\sin x}$:
- 首先确定$P(x)$和$Q(x)$:
- 对比标准形式,可得$P(x)=\cos x$,$Q(x)=e^{-\sin x}$。
- 然后计算$e^{-\int P(x)dx}$:
- 先计算$\int P(x)dx=\int\cos xdx$,根据积分公式$\int\cos xdx=\sin x + C_1$($C_1$为常数,在后续计算中可忽略),所以$\int\cos xdx=\sin x$。
- 则$e^{-\int P(x)dx}=e^{-\sin x}$。
- 接着计算$e^{\int P(x)dx}$:
- 因为$\int P(x)dx=\sin x$,所以$e^{\int P(x)dx}=e^{\sin x}$。
- 再计算$\int Q(x)e^{\int P(x)dx}dx$:
- 把$Q(x)=e^{-\sin x}$和$e^{\int P(x)dx}=e^{\sin x}$代入可得$\int Q(x)e^{\int P(x)dx}dx=\int e^{-\sin x}\cdot e^{\sin x}dx$。
- 根据指数运算法则$a^m\cdot a^n=a^{m + n}$,则$e^{-\sin x}\cdot e^{\sin x}=e^{-\sin x+\sin x}=e^0 = 1$。
- 所以$\int e^{-\sin x}\cdot e^{\sin x}dx=\int 1dx$,根据积分公式$\int 1dx=x + C_2$($C_2$为常数,在后续计算中可忽略),即$\int 1dx=x$。
- 最后根据通解公式求通解:
- 把$e^{-\int P(x)dx}=e^{-\sin x}$和$\int Q(x)e^{\int P(x)dx}dx=x$代入通解公式$y = e^{-\int P(x)dx}(\int Q(x)e^{\int P(x)dx}dx + C)$,可得$y = e^{-\sin x}(x + C)$。