题目
2. (4.0分)微分方程ydx-x²dy=0的通解为 A. y=c(e^x) B. y=c(1)/(e^x) C. y=c(e^-(1)/(x)) D. y=c(e^x)
2. (4.0分)微分方程ydx-x²dy=0的通解为
A. $y=c{e^{x}}$
B. $y=c\frac{1}{e^{x}}$
C. $y=c{e^{-\frac{1}{x}}}$
D. $y=c{e^{x}}$
A. $y=c{e^{x}}$
B. $y=c\frac{1}{e^{x}}$
C. $y=c{e^{-\frac{1}{x}}}$
D. $y=c{e^{x}}$
题目解答
答案
将微分方程 $ y \, dx - x^2 \, dy = 0 $ 改写为:
\[ \frac{dy}{y} = \frac{dx}{x^2} \]
两边积分得:
\[ \ln |y| = -\frac{1}{x} + C \]
指数化后得:
\[ y = C e^{-\frac{1}{x}} \]
其中 $ C $ 为任意常数。因此,通解为:
\[ \boxed{C} \]
解析
本题考查可分离变量的微分方程的求解。解题思路是先将给定的微分方程进行变量分离,然后对分离后的方程两边分别积分,最后通过指数运算得到通解。
- 变量分离:
已知微分方程$ydx - x^2dy = 0$,移项可得$ydx = x^2dy$。
因为要求通解,所以$y\neq0$且$x\neq0$,两边同时除以$yx^2$,得到$\frac{dy}{y}=\frac{dx}{x^2}$。 - 两边积分:
对$\frac{dy}{y}=\frac{dx}{x^2}$两边分别积分。
根据积分公式$\int\frac{1}{y}dy=\ln|y| + C_1$,$\int x^n dx=\frac{x^{n + 1}}{n + 1}+C_2$($n\neq -1$),对$\int\frac{dx}{x^2}$,其中$n=-2$,则$\int\frac{dx}{x^2}=\int x^{-2}dx=\frac{x^{-2 + 1}}{-2 + 1}+C_2=-\frac{1}{x}+C_2$。
所以$\ln|y|=-\frac{1}{x}+C$($C = C_2 - C_1$为任意常数)。 - 指数化求解通解:
为了得到$y$的表达式,对$\ln|y|=-\frac{1}{x}+C$两边同时取指数,根据对数函数与指数函数的关系$e^{\ln a}=a$,可得$|y| = e^{-\frac{1}{x}+C}=e^C\cdot e^{-\frac{1}{x}}$。
令$C_1 = \pm e^C$($C_1$为任意非零常数),当$C_1 = 0$时,$y = 0$也是原方程的解,所以通解为$y = C e^{-\frac{1}{x}}$($C$为任意常数)。