第11章习题解答(1)(2)

2019-08-30 15:39

(3y?1)?Ce.

由定解条件yx?02161x2?1,知

(3?1)?C,即C?2,

1616故所求特解为

(3y?1)?2e,即3y2?1?2e3x.

(6)将方程两边同除以(x2?3)siny?0,得

2xcosydx?dy?0, 2x?3siny216161x22两端积分,得

2xcosydx??x2?3?sinydy?C1,

积分后得

, ln(x2?3)?ln(siny)?lnC (其中C1?lnC)

从而有

(x2?3)siny?C,

代入初始条件yx?1??,得 6C?4sin??2. 6因此,所求方程满足初始条件的特解为

(x2?3)siny?2,

2.一曲线过点M0(2,3)在两坐标轴间任意点处的切线被切点所平分,求此曲 线的方程.

解 设曲线的方程为y?f(x),过点M(x,y)的切线与x轴和y轴的交点分别为

A(2x,0)及B(0,2y),则点M(x,y)就是该切线AB的中点.于是有

y???2yx,即y??,且y(2)?3, 2xy分离变量后,有

6

11dy??dx, yx积分得

lny?lnC?lnx,

y?C. x由定解条件yx?2?3,有

C?6,

故y?

6

为所求的曲线. x

3.一粒质量为20克的子弹以速度v0?200(米/秒)打进一块厚度为10厘米 的木板,然后穿过木板以速度v1?80(米/秒)离开木板.若该木板对子弹的阻力与运动速度的平方成正比(比例系数为k),问子弹穿过木板的时间.

解 依题意有

mdv??kv2,vt?0?200, dt即

?1kdv?dt, v2m两端积分得,

1kk?t?C?t?C (其中20克=0.02千克), vm0.02代入定解条件vt?0?200,得

C?1, 200故有v?200.

10000kt?1设子弹穿过木板的时间为T秒,则

0.1??T0200dt

10000kt?1 7

200?ln(10000kt?1) 10000k0T?1ln(10000kT?1), 50k又已知t?T时,v?v1?80米/秒,于是

80?200,

10000kT?1从而,

kT?0.00015,

为此有

0.1?Tln(1.5?1),

50?0.00015所以

T?0.10.00075?0.0075??0.0008(秒), ln2.50.9162故子弹穿过木板运动持续了T?0.0008(秒).

4.求下列齐次方程的通解或特解:

(1)xy??y?y2?x2?0; (2)(x2?y2)dx?xydy?0;

x(3)(x?y)dx?3xydy?0; (4)(1?2e)dx?2e(1?)dy?0;

y332xyxy(5)x2dy?xy?y2,ydxx?1?1; (6)(y2?3x2)dy?2xydx?0, yx?0 ?1.

解 (1)原方程变形,得

y?y?y??????1,

x?x?2令u?y,即y?ux,有y??u?xu?,则原方程可进一步化为 xu?xu??u?u2?1,

分离变量,得

8

1u2?1du?1dx, x两端积分得

ln(u?u2?1)?lnx?lnC,

u?u2?1?Cx,

将u?

y

代入上式并整理,得原方程的通解为 x

y?y2?x2?Cx2.

(2)原方程变形,得

dy1??yx?dyx2?y2,即?. ?dxyxdxxy2令u?

y

,即y?ux,有y??u?xu?,则原方程可进一步化为 x

1?u2u?xu??,

u即

udu?1dx, x两端积分,得

12u?ln|x|?C1, 2将u?

y

代入上式并整理,得原方程的通解为 x

y2?x2(2ln|x|?C) (其中C?2C1).

(3)原方程变形,得

dyx3?y3dy1?(yx)3,即?, ?22dx3xydx3(yx)令y?ux,有

dydu?u?x,则原方程可进一步化为 dxdx 9

du1?u3u?x?, 2dx3u即

3u21du?dx, 21?2ux两端积分,得

11?ln(1?2u3)?lnx?lnC, 22即

x2(1?2u3)?C,

将u?

y

代入上式并整理,得原方程的通解为 x

x3?2y3?Cx.

(4)显然,原方程是一个齐次方程,又注意到方程的左端可以看成是以变量的函数,故令u?xdxdu,即x?uy,有?u?y,则原方程可化为

dydyy(u?ydu)(1?2eu)?2eu(1?u)?0, dyx为y整理并分离变量,得

2eu?11du??dy, u2e?uy两端积分,得

ln(2eu?u)??lny?lnC,

2eu?u?C. y将u?x代入上式并整理,得原方程的通解为 y2ye?x?C.

xy 10


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