求 xy'+x+sin(x+y)=0通解
时间: 2023-12-14 07:04:21 浏览: 170
微分方程(一)1
这是一个非齐次线性微分方程,可以使用一阶线性微分方程的常用解法来求解。
将方程化为标准形式:$y' + \frac{1}{x}\cdot y = -\frac{1}{x}\cdot\sin(x+y)$
首先求出齐次线性微分方程的通解:$y_h = Cx^{-1}$
再求出非齐次线性微分方程的一个特解$y_p$,可以使用常数变易法。
设$y_p = A(x)\cdot\sin(x+y) + B(x)\cdot\cos(x+y)$,带入方程得:
$$
\begin{aligned}
y_p' &= A'\sin(x+y) + B'\cos(x+y) + A\cos(x+y) - B\sin(x+y) \\
&= (A\cos(x+y) - B\sin(x+y))' + A'\sin(x+y) + B'\cos(x+y) \\
&= -x^{-1}(A\cos(x+y) - B\sin(x+y)) + A'\sin(x+y) + B'\cos(x+y)
\end{aligned}
$$
将$y_p$和$y_p'$带入方程,得到:
$$
\begin{aligned}
& -x^{-1}(A\cdot\sin(x+y) + B\cdot\cos(x+y)) + A'\cdot\sin(x+y) + B'\cdot\cos(x+y) \\
& + \frac{1}{x}(A\cdot\sin(x+y) + B\cdot\cos(x+y)) = -\frac{1}{x}\cdot\sin(x+y)
\end{aligned}
$$
整理得到:
$$
\begin{aligned}
A'\cdot\sin(x+y) + B'\cdot\cos(x+y) &= 0 \\
-A\cdot\sin(x+y) + B\cdot\cos(x+y) + x(A'\cdot\sin(x+y) + B'\cdot\cos(x+y)) &= -\sin(x+y)
\end{aligned}
$$
解得:
$$
\begin{aligned}
A &= -\frac{\cos(x)}{2} \\
B &= \frac{\sin(x)}{2} \\
A' &= -\frac{1}{2}\cos(x+y) \\
B' &= \frac{1}{2}\sin(x+y)
\end{aligned}
$$
因此,特解为$y_p = -\frac{1}{2x}\cos(x)\sin(x+y) + \frac{1}{2x}\sin(x)\cos(x+y)$
通解为$y = y_h + y_p = Cx^{-1} -\frac{1}{2x}\cos(x)\sin(x+y) + \frac{1}{2x}\sin(x)\cos(x+y)$,其中$C$为任意常数。
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