题目
求微分方程 cos dfrac (y)(x)dy=(ycos dfrac (y)(x)-x)dx 的通解.

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,涉及变量替换和分离变量法的应用。
解题核心思路:
- 识别齐次方程结构:方程中出现$\dfrac{y}{x}$的组合,提示令$u = \dfrac{y}{x}$进行变量替换。
- 分离变量:通过替换将方程转化为关于$u$和$x$的可分离变量方程。
- 积分求解:对分离后的变量分别积分,最后回代得到通解。
破题关键点:
- 正确进行变量替换,将原方程转化为标准形式。
- 准确分离变量,确保积分过程无误。
步骤1:整理方程
原方程变形为:
$\cos \dfrac{y}{x} \dfrac{dy}{dx} = \dfrac{y}{x} \cos \dfrac{y}{x} - 1$
步骤2:变量替换
令$u = \dfrac{y}{x}$,则$y = ux$,代入导数关系$\dfrac{dy}{dx} = u + x \dfrac{du}{dx}$,方程变为:
$\cos u \left( u + x \dfrac{du}{dx} \right) = u \cos u - 1$
步骤3:分离变量
展开并整理得:
$x \cos u \dfrac{du}{dx} = -1 \quad \Rightarrow \quad \cos u \, du = -\dfrac{1}{x} dx$
步骤4:积分求解
两边积分:
$\int \cos u \, du = -\int \dfrac{1}{x} dx$
结果为:
$\sin u = -\ln |x| + C$
步骤5:回代变量
将$u = \dfrac{y}{x}$代入,得通解:
$\sin \dfrac{y}{x} = -\ln |x| + C$