×   HOME JAVA NETPLOT OCTAVE Traži ...
  matematika2
Jednadžbe sa separiranim varijablama     DIFERENCIJALNE JEDNADŽBE     Diferencijalne jednadžbe koje se


Homogene diferencijalne jednadžbe

Odredite opće rješenje diferencijalnih jednadžbi

a)
$ \displaystyle yy^{\prime }=y-x$ ,

b)
$ \displaystyle\left( 1+e^{\frac{x}{y}}\right)  dx+e^{\frac{x}{y}}\left( 1-
\frac{x}{y}\right) dy=0$ .

Rješenje.

a)
Uvrštavanjem $ \displaystyle y^{\prime }=\frac{dy}{ dx}$ u zadanu diferencijalnu jednadžbu dobivamo

$\displaystyle ydy$ $\displaystyle =\left( y-x\right)  dx,$    

odnosno,

$\displaystyle \left( y-x\right)  dx-ydy=0.$ (5.2)

Ovo je diferencijalna jednadžba prvog stupnja homogenosti pa je rješavamo supstitucijom:

$\displaystyle \frac{y}{x}$ $\displaystyle =z$    
$\displaystyle y$ $\displaystyle =xz$    
$\displaystyle y^{\prime }$ $\displaystyle =z+xz^{\prime }.$    

Uvrštavanjem u (5.2) dobivamo

$\displaystyle \left( xz-x\right) -xz\left( z+xz^{\prime }\right)$ $\displaystyle =0 \slash :x$    
$\displaystyle z-1$ $\displaystyle =z\left( z+xz^{\prime }\right)$    
$\displaystyle z-1-z^{2}$ $\displaystyle =xz^{\prime }\cdot z$    
$\displaystyle xz\frac{dz}{ dx}$ $\displaystyle =z-1-z^{2}$    
$\displaystyle \frac{zdz}{z-1-z^{2}}$ $\displaystyle =\frac{ dx}{x}$    
$\displaystyle \frac{zdz}{z^{2}-z+1}$ $\displaystyle =-\frac{ dx}{x}.$    

Ovo je diferencijalna jednadžba separiranih varijabli, pa vrijedi

$\displaystyle \int \frac{zdz}{z^{2}-z+1}$ $\displaystyle =-\int \frac{ dx}{x}$    
$\displaystyle \int \frac{\frac{1}{2}d\left( z^{2}-z+1\right) +\frac{1}{2}}{z^{2}-z+1}$ $\displaystyle =-\ln \left\vert x\right\vert +C$    
$\displaystyle \frac{1}{2}\int \frac{d\left( z^{2}-z+1\right) }{z^{2}-z+1}+\frac{1}{2}\int 
 \frac{dz}{z^{2}-z+1}$ $\displaystyle =-\ln \left\vert x\right\vert +C$    
$\displaystyle \frac{1}{2}\ln \left\vert z^{2}-z+1\right\vert +\frac{1}{2}\frac{2}{\sqrt{3}}
 {\mathop{\mathrm{arctg}}}\frac{z-\frac{1}{2}}{\frac{\sqrt{3}}{2}}$ $\displaystyle =-\ln \left\vert x\right\vert +C$    
$\displaystyle \ln \sqrt{z^{2}-z+1}+\frac{1}{\sqrt{3}}{\mathop{\mathrm{arctg}}}\frac{2z-1}{
 \sqrt{3}}$ $\displaystyle =-\ln \left\vert x\right\vert +C.$    

Vraćanjem susptitucije $ \displaystyle\frac{y}{x}=z$ dobivamo

$\displaystyle \ln \sqrt{\frac{y}{x}^{2}-\frac{y}{x}+1}+\frac{1}{\sqrt{3}}{
 \mathop{\mathrm{arctg}}}\frac{2\frac{y}{x}-1}{\sqrt{3}}$ $\displaystyle =-\ln \left\vert x\right\vert +C$    
$\displaystyle \ln \sqrt{y^{2}-xy+x^{2}}-\ln \left\vert x\right\vert +\frac{1}{\sqrt{3}}{
 \mathop{\mathrm{arctg}}}\frac{2y-x}{x\sqrt{3}}$ $\displaystyle =-\ln \left\vert x\right\vert +C$    
$\displaystyle \ln \sqrt{y^{2}-xy+x^{2}}+\frac{1}{\sqrt{3}}{\mathop{\mathrm{arctg}}}\frac{
 2y-x}{x\sqrt{3}}$ $\displaystyle =C$    
$\displaystyle \ln C \sqrt{y^{2}-xy+x^{2}}+\frac{1}{\sqrt{3}}{\mathop{\mathrm{arctg}}}
 \frac{2y-x}{x\sqrt{3}}$ $\displaystyle =0.$    

b)
Ovo je homogena diferencijalna jednadžba stupnja homogenosti $ 0 $ koju rješavamo supstitucijom:

$\displaystyle \frac{x}{y}$ $\displaystyle =z$    
$\displaystyle x$ $\displaystyle =yz$    
$\displaystyle \frac{ dx}{dy}$ $\displaystyle =x^{\prime }=z+yz^{\prime }$    

Uvrštavanjem u zadanu diferencijalnu jednadžbu dobivamo

$\displaystyle \left( 1+e^{z}\right) \left( z^{\prime }y+z\right) +e^{z}\left( 1-z\right)$ $\displaystyle =0$    
$\displaystyle z^{\prime }y+z+yz^{\prime }e^{z}+ze^{z}+e^{z}-ze^{z}$ $\displaystyle =0$    
$\displaystyle z^{\prime }y\left( 1+e^{z}\right)$ $\displaystyle =-z-e^{z}$    
$\displaystyle y\left( 1+e^{z}\right) \frac{dz}{dy}$ $\displaystyle =-z-e^{z}$    
$\displaystyle y\left( 1+e^{z}\right) dz$ $\displaystyle =\left( -z-e^{z}\right) dy$    
$\displaystyle -\frac{1+e^{z}}{e^{z}+z}dz$ $\displaystyle =\frac{dy}{y}.$    

Ovo je diferencijalna jednadžba sa separiranim varijablama pa vrijedi

$\displaystyle -\int \frac{d\left( e^{z}+z\right) }{e^{z}+z}$ $\displaystyle =\int \frac{dy}{y}$    
$\displaystyle -\ln \left\vert e^{z}+z\right\vert$ $\displaystyle =\ln \left\vert y\right\vert +C$    
$\displaystyle \frac{1}{\left\vert e^{z}+z\right\vert }$ $\displaystyle =Cy$    
$\displaystyle e^{z}+z$ $\displaystyle =\frac{1}{Cy}.$    

Vraćanjem susptitucije $ \displaystyle\frac{x}{y}=z$ dobivamo

$\displaystyle e^{\frac{x}{y}}+\frac{x}{y}=\frac{1}{Cy}.$    


Jednadžbe sa separiranim varijablama     DIFERENCIJALNE JEDNADŽBE     Diferencijalne jednadžbe koje se