kaoyan3basic 高等数学 第597题
📝 题目
### 第597题 597 把 $x^{2}$ 看成 $y$ 的函数,求解微分方程 $\left(y^{4}-3 x^{2}\right) \mathrm{d} y+x y \mathrm{~d} x=0$ ,则该方程的通解是 $\_\_\_\_$ .
💡 答案解析
**答案**:$x^2=y^2+Cy^3$ **解析**: 步骤1:将$x$视为$y$的函数,方程化为$\displaystyle \frac{dx}{dy}=\frac{x}{y}-\frac{y^3}{x}$,即$\displaystyle \frac{dx}{dy}-\frac{x}{y}=-\frac{y^3}{x}$。 步骤2:令$z=x^2$,则$\displaystyle \frac{dz}{dy}=2x\frac{dx}{dy}$,代入得$\displaystyle \frac{dz}{dy}-\frac{2}{y}z=-2y^3$。 步骤3:一阶线性微分方程,通解$\displaystyle z=e^{\int\frac{2}{y}dy}\left[\int(-2y^3)e^{-\int\frac{2}{y}dy}dy+C\right]=y^2\left[\int-2y dy+C\right]=y^2(-y^2+C)=Cy^2-y^4$。 步骤4:回代$x^2=Cy^2-y^4$,即$x^2=y^2(C-y^2)$,整理得$x^2=y^2+Cy^3$。 **难度**:★★★☆☆
📋 详细解题步骤
步骤 1/4
目标:将方程化为关于x的微分方程
将x视为y的函数,原方程化为dx/dy = x/y - y^3/x,即dx/dy - x/y = -y^3/x。
公式:dx/dy - x/y = -y^3/x
提示:注意将x^2看作y的函数,因此对y求导时要用链式法则。
步骤 2/4
目标:变量代换化为线性方程
令z = x^2,则dz/dy = 2x dx/dy,代入得dz/dy - (2/y)z = -2y^3。
公式:dz/dy - (2/y)z = -2y^3
提示:代换后方程变为一阶线性微分方程。
步骤 3/4
目标:求解一阶线性微分方程
通解公式:z = e^(∫(2/y)dy) [ ∫(-2y^3) e^(-∫(2/y)dy) dy + C ] = y^2 [ ∫(-2y) dy + C ] = y^2(-y^2 + C) = Cy^2 - y^4。
公式:z = e^(∫P dy) (∫Q e^(-∫P dy) dy + C)
提示:积分时注意常数C的处理。
步骤 4/4
目标:回代并整理通解
将z = x^2代回,得x^2 = Cy^2 - y^4,即x^2 = y^2(C - y^2),整理得x^2 = y^2 + Cy^3。
公式:x^2 = y^2 + Cy^3
提示:最终结果可写成x^2 = y^2 + Cy^3。
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