(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,
即
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,
即
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,
即
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