解方程dy/dx+py+qx=0
这是一个一阶线性常微分方程,可以用常数变易法解决。
首先,将方程写成标准形式:
$$ \frac{dy}{dx} + p(x)y = -q(x) $$
其中 $p(x)$ 和 $q(x)$ 是已知函数。
我们设 $y(x)$ 的一个特解为 $y_1(x)$,则有:
$$ \frac{d}{dx}(y_1 e^{ \int p(x) dx }) = y_1' e^{ \int p(x) dx } + p(x) y_1 e^{ \int p(x) dx } = (y_1' + p(x) y_1) e^{ \int p(x) dx } $$
注意到 $y_1(x)$ 满足原方程,即:
$$ y_1' + p(x) y_1 = -q(x) $$
因此,上式可以改写为:
$$ \frac{d}{dx}(y_1 e^{ \int p(x) dx }) = -q(x) e^{ \int p(x) dx } $$
两边积分:
$$ y_1 e^{ \int p(x) dx } = -\int q(x) e^{ \int p(x) dx } dx + C $$
其中 $C$ 是常数。因此,$y_1(x)$ 的一个显式表达式为:
$$ y_1(x) = e^{ -\int p(x) dx } \left( -\int q(x) e^{ \int p(x) dx } dx + C \right) $$
接下来,我们考虑通解。设 $y(x) = y_1(x) + u(x)$,其中 $u(x)$ 是待定函数。将此代入原方程,得到:
$$ u'(x) e^{ \int p(x) dx } + u(x) p(x) e^{ \int p(x) dx } = 0 $$
移项并移项,得到:
$$ \frac{d}{dx}(u(x) e^{ \int p(x) dx }) = 0 $$
因此,$u(x) e^{ \int p(x) dx }$ 是一个常数,即:
$$ u(x) = Ce^{ -\int p(x) dx } $$
因此,原方程的通解为:
$$ y(x) = e^{ -\int p(x) dx } \left( -\int q(x) e^{ \int p(x) dx } dx + C \right) + Ce^{ -\int p(x) dx } $$
其中 $C$ 是任意常数。
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