微分方程式の問題

ベルヌーイの微分方程式に関する問題

■問題

次の微分方程式の一般解を求めなさい.

dy dx +y= y 2

■答

y= 1 1+C e x  (Cは任意定数)

■ヒント

ベルヌーイ微分方程式の解法

y ′ +P( x )y=Q( x ) y n  ( n≠0,1 )

z= y 1−n とおいて,これを x と z の微分方程式に書き換えれば,線形微分方程式になる.

(⇒詳しくはこちら)

■解き方

dy dx +y= y 2 ・・・・・・(1)

z= y −1  ・・・・・・(2)

とおき,(2)式を x で微分すると

z ′ =− y −2 y ′

z ′ =− 1 y 2 y ′

この式の両辺に − y 2 をかけると

y ′ =− y 2 z ′

これを(1)式に代入すると

− y 2 z ′ +y= y 2

この式の両辺を − y 2 で割ると

z ′ − 1 y =−1  ・・・・・・(3)

z= y −1 = 1 y なので(3)式に代入すると

z ′ −z=−1

線形微分方程式の一般解の公式を利用する

(⇒詳しくはこちら)

線形微分方程式

y ′ +P( x )y=Q( x )

の一般解は

y= e − ∫ Pdx ( ∫ Q e ∫ Pdx dx +C )  (Cは任意定数)

このことを利用すると

z= e ∫ dx ( ∫ − e − ∫ dx dx +C )

積分すると

z = e ∫ dx ( ∫ − e − ∫ dx dx +C )

= e x ( ∫ − e −x dx +C )

= e x ( e −x +C )

=1+C e x

z= y −1 を代入すると

1 y =1+C e x

したがって

y= 1 1+C e x

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最終更新日: 2023年6月13日