2.求微分方程 '=dfrac (y)(x)+tan dfrac (y)(x), 满足 |,x|=dfrac (pi )(6) 的特解.

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,通过变量代换将方程转化为可分离变量方程,并结合初始条件求特解。
解题核心思路:
- 识别方程类型:方程右边为$\dfrac{y}{x}$的函数,属于齐次方程。
- 变量代换:设$u = \dfrac{y}{x}$,将方程转化为关于$u$和$x$的可分离变量方程。
- 分离变量积分:对$u$和$x$分别积分,得到通解。
- 代入初始条件:确定积分常数,得到特解。
破题关键点:
- 正确进行变量代换,并求出$y'$的表达式。
- 分离变量后正确积分,注意积分结果的化简。
- 代入初始条件时,注意角度单位和三角函数值的计算。
变量代换与方程变形
设$u = \dfrac{y}{x}$,则$y = u x$,对$x$求导得:
$y' = u + x \dfrac{du}{dx}$
将$y'$代入原方程$y' = \dfrac{y}{x} + \tan \dfrac{y}{x}$,得:
$u + x \dfrac{du}{dx} = u + \tan u$
消去两边的$u$,整理得:
$x \dfrac{du}{dx} = \tan u$
分离变量与积分
将方程改写为:
$\dfrac{du}{\tan u} = \dfrac{dx}{x}$
对两边积分:
$\int \dfrac{\cos u}{\sin u} \, du = \int \dfrac{1}{x} \, dx$
左边积分结果为$\ln |\sin u|$,右边积分结果为$\ln |x| + C$,因此:
$\ln |\sin u| = \ln |x| + C$
整理得:
$\sin u = C x$
回代与通解
将$u = \dfrac{y}{x}$代入,得通解:
$\sin \dfrac{y}{x} = C x$
代入初始条件
当$x = 1$时,$y = \dfrac{\pi}{6}$,代入通解:
$\sin \dfrac{\pi/6}{1} = C \cdot 1 \implies \sin \dfrac{\pi}{6} = C \implies C = \dfrac{1}{2}$
因此特解为:
$\sin \dfrac{y}{x} = \dfrac{1}{2} x$