题目
微分方程 (dy)/(dx) = -(y)/(x) 的通解是()A. xy = CB. x - y = CC. x + y = CD. (x)/(y) = C
微分方程 $\frac{dy}{dx} = -\frac{y}{x}$ 的通解是()
A. $xy = C$
B. $x - y = C$
C. $x + y = C$
D. $\frac{x}{y} = C$
题目解答
答案
A. $xy = C$
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,然后对分离后的式子两边分别积分,最后化简得到通解。
步骤一:分离变量
已知微分方程$\frac{dy}{dx}=-\frac{y}{x}$,将其变形为$\frac{1}{y}dy = -\frac{1}{x}dx$。这里是将含有$y$的项和$dy$放在等式一边,含有$x$的项和$dx$放在等式另一边,实现变量分离。
步骤二:两边积分
对分离变量后的式子两边分别积分,即$\int\frac{1}{y}dy = -\int\frac{1}{x}dx$。
根据积分公式$\int\frac{1}{u}du=\ln|u| + C$($C$为常数),可得$\ln|y| = -\ln|x| + C_1$($C_1$为积分常数)。
步骤三:化简等式
为了得到更简洁的形式,对$\ln|y| = -\ln|x| + C_1$进行化简。
根据对数运算法则$\ln a+\ln b=\ln(ab)$,将$-\ln|x|$变形为$\ln|x|^{-1}=\ln\frac{1}{|x|}$,则$\ln|y| + \ln|x| = C_1$,进一步得到$\ln|xy| = C_1$。
再根据对数函数与指数函数的关系$e^{\ln a}=a$,等式两边同时取指数,可得$|xy| = e^{C_1}$。
令$C = \pm e^{C_1}$($C$为任意常数),则$xy = C$,这就是原微分方程的通解。