若'+y(ln x-ln y)=0,且'+y(ln x-ln y)=0,则该方程通解中的常数C=
若
,且
,则该方程通解中的常数C=
题目解答
答案
∵
,
∴
,
∴
令
,则
,
则
,
移项得
,
等式两边同时积分得
得
即
化简得
,将
代入得

即
又∵
,则
,
则C=2
解析
考查要点:本题主要考查一阶微分方程的解法,特别是齐次方程的变量替换法以及可分离变量方程的积分技巧。需要学生掌握通过变量替换将方程转化为可分离变量的形式,并正确进行积分求解,最后利用初始条件确定常数。
解题核心思路:
- 识别方程类型:观察方程结构,发现可通过变量替换$\dfrac{y}{x}=u$将原方程转化为关于$u$和$x$的可分离变量方程。
- 变量替换与方程变形:通过替换简化方程,分离变量后分别对$u$和$x$积分。
- 积分与化简:利用换元积分法处理复杂积分,注意积分常数的处理。
- 应用初始条件:代入初始条件$y(1)=e^3$确定通解中的常数$C$。
破题关键点:
- 正确选择变量替换,将原方程转化为可分离变量的形式。
- 准确处理对数函数的积分,注意换元法的灵活应用。
- 初始条件代入时,注意指数方程的解法。
步骤1:方程变形与变量替换
原方程$xy' + y(\ln x - \ln y) = 0$可改写为:
$y' = -\dfrac{y}{x} \ln \dfrac{x}{y} = -\dfrac{y}{x} \ln \dfrac{1}{u} \quad \text{(令$u = \dfrac{y}{x}$)}$
进一步化简得:
$y' = -\dfrac{y}{x} (-\ln u) = \dfrac{y}{x} \ln u$
步骤2:变量替换与方程转化
令$y = ux$,则$\dfrac{dy}{dx} = x \dfrac{du}{dx} + u$。代入原方程得:
$x \dfrac{du}{dx} + u = u \ln u$
整理得:
$x \dfrac{du}{dx} = u (\ln u - 1)$
步骤3:分离变量与积分
分离变量后得:
$\dfrac{1}{u (\ln u - 1)} du = \dfrac{1}{x} dx$
对左边积分,令$t = \ln u - 1$,则$dt = \dfrac{1}{u} du$,积分结果为:
$\int \dfrac{1}{t} dt = \ln |t| + C = \ln |\ln u - 1| + C$
右边积分结果为$\ln |x| + C$。联立得:
$\ln |\ln u - 1| = \ln |x| + C$
步骤4:化简与回代变量
取指数消去对数得:
$|\ln u - 1| = Cx \quad \Rightarrow \quad \ln u - 1 = Cx$
回代$u = \dfrac{y}{x}$,整理得通解:
$y = x e^{Cx + 1}$
步骤5:应用初始条件
将$x=1$,$y=e^3$代入通解:
$e^3 = 1 \cdot e^{C \cdot 1 + 1} \quad \Rightarrow \quad C + 1 = 3 \quad \Rightarrow \quad C = 2$