5. 微分方程 dfrac(dy)(dx)=dfrac(y)(x) 的通解形式是:A. y=CxB. y=x+CC. y=dfrac(C)(x)D. y=x^2+C
A. $y=Cx$
B. $y=x+C$
C. $y=\dfrac{C}{x}$
D. $y=x^2+C$
题目解答
答案
解析
本题考查可分离变量的微分方程的求解。解题思路是先将给定的微分方程进行分离变量,然后对分离后的式子两边分别积分,最后化简得到通解形式。
步骤一:分离变量
已知微分方程$\frac{dy}{dx}=\frac{y}{x}$,将其变形为$\frac{1}{y}dy = \frac{1}{x}dx$($y\neq0$)。这里是将含有$y$的项和$dy$放在等式一边,含有$x$的项和$dx$放在等式另一边,以便后续分别对两边进行积分。
步骤二:两边积分
对$\frac{1}{y}dy = \frac{1}{x}dx$两边同时积分,根据积分公式$\int\frac{1}{u}du=\ln|u| + C$($C$为常数)可得:
$\int\frac{1}{y}dy = \int\frac{1}{x}dx$
$\ln|y| = \ln|x| + C_1$($C_1$为积分常数)
步骤三:化简通解
为了得到$y$关于$x$的表达式,对$\ln|y| = \ln|x| + C_1$进行化简。
由对数运算法则$\ln a+\ln b=\ln(ab)$,可将$\ln|y| = \ln|x| + C_1$变形为$\ln|y| = \ln|x| + \ln e^{C_1}$,即$\ln|y| = \ln(|x|e^{C_1})$。
因为对数函数是单调的,所以$|y| = |x|e^{C_1}$,令$C = \pm e^{C_1}$($C$为任意常数),则$y = Cx$。
当$y = 0$时,代入原方程$\frac{dy}{dx}=\frac{y}{x}$,左边$\frac{dy}{dx}=0$,右边$\frac{0}{x}=0$,等式成立,此时$C = 0$也满足$y = Cx$。