题目
dfrac (dy)(dx)=yln dfrac (y)(x);

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形式,进而求解通解。
解题核心思路:
- 识别齐次方程结构:方程中出现$\dfrac{y}{x}$,提示令$u = \dfrac{y}{x}$进行代换。
- 变量分离:通过代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,最终回代得到通解。
破题关键点:
- 正确代换:令$u = \dfrac{y}{x}$,并计算$\dfrac{dy}{dx} = u + x\dfrac{du}{dx}$。
- 分离变量:将方程整理为$\dfrac{du}{u(\ln u - 1)} = \dfrac{dx}{x}$。
- 积分技巧:对左侧积分时,使用代换$v = \ln u$简化计算。
原方程:
$x \dfrac{dy}{dx} = y \ln \dfrac{y}{x}$
步骤1:变量代换
令$u = \dfrac{y}{x}$,则$y = u x$,代入导数公式得:
$\dfrac{dy}{dx} = u + x \dfrac{du}{dx}$
步骤2:代入原方程
将$\dfrac{dy}{dx}$代入原方程:
$x \left( u + x \dfrac{du}{dx} \right) = u x \ln u$
两边除以$x$并整理:
$u + x \dfrac{du}{dx} = u \ln u \quad \Rightarrow \quad x \dfrac{du}{dx} = u (\ln u - 1)$
步骤3:分离变量
将方程改写为:
$\dfrac{du}{u (\ln u - 1)} = \dfrac{dx}{x}$
步骤4:积分求解
对两侧积分:
- 左侧积分:令$v = \ln u$,则$dv = \dfrac{1}{u} du$,得:
$\int \dfrac{dv}{v - 1} = \ln |v - 1| + C = \ln |\ln u - 1| + C$ - 右侧积分:
$\int \dfrac{1}{x} dx = \ln |x| + C$
步骤5:整理结果
联立积分结果:
$\ln |\ln u - 1| = \ln |x| + C$
去对数得:
$|\ln u - 1| = C |x| \quad \Rightarrow \quad \ln u - 1 = C x$
解得:
$u = e^{C x + 1}$
步骤6:回代求$y$
由$u = \dfrac{y}{x}$,得通解:
$y = x e^{C x + 1}$