题目
10、微分方程xdy+2ydx=0满足y|_(x=2)=1的特解为____.
10、微分方程xdy+2ydx=0满足$y|_{x=2}=1$的特解为____.
题目解答
答案
将微分方程 $ x \, dy + 2y \, dx = 0 $ 分离变量得:
\[
\frac{dy}{y} = -\frac{2}{x} \, dx
\]
两边积分:
\[
\ln |y| = -2 \ln |x| + C_1
\]
化简得:
\[
y = \frac{C}{x^2}
\]
由初始条件 $ y|_{x=2} = 1 $,解得 $ C = 4 $。
因此,特解为:
\[
\boxed{y = \frac{4}{x^2}}
\]
解析
本题考察可分离变量的微分方程求解,关键步骤为分离变量、积分求解通解,再代入初始条件确定特解。
步骤1:分离变量
原方程为 $xdy + 2ydx = 0$,移项得 $xdy = -2ydx$,两边同除以 $xy$($x\neq0,y\neq0$),分离变量为:
$\frac{dy}{y} = -\frac{2}{x}dx$
步骤2:积分求通解
对等式两边积分:
$\int \frac{1}{y}dy = \int -\frac{2}{x}dx$
左边积分得 $\ln|y|$,右边积分得 $-2\ln|x| + C_1$($C_1$为常数),化简:
$\ln|y| = \ln\left|x^{-2}\right| + C_1 \implies |y| = e^{C_1} \cdot \frac{1}{x^2}$
令 $C = \pm e^{C_1}$($C$为非零常数),则通解为:
$y = \frac{C}{x^2}$
步骤3:代入初始条件求特解
由 $y|_{x=2}=1$,代入通解得:
$1 = \frac{C}{2^2} \implies C = 4$
因此,特解为:
$y = \frac{4}{x^2}$