Дифференциальное уравнение dx/dt=3x+y
Преподаватель очень удивится увидев твоё верное решение 😼
Решение
Вы ввели
[src]
d --(x(t)) = y + 3*x(t) dt
Подробное решение
$$\frac{d}{d t} x{\left(t \right)} = y + 3 x{\left(t \right)}$$
Это дифф. уравнение имеет вид:
y' + P(x)y = Q(x)
где
$$P{\left(t \right)} = -3$$
и
$$Q{\left(t \right)} = y$$
и называется линейным однородным
дифф. уравнением 1го порядка:
Решим сначала надо соответствующее линейное однородное ур-ние
y' + P(x)y = 0
с разделяющимися переменными
Данное ур-ние решается следущими шагами:
Из y' + P(x)y = 0 получаем
$$\frac{dy}{y} = - P{\left(x \right)} dx$$, при y не равным 0
$$\int \frac{1}{y}\, dy = - \int P{\left(x \right)}\, dx$$
$$\log{\left(\left|{y}\right| \right)} = - \int P{\left(x \right)}\, dx$$
Или,
$$\left|{y}\right| = e^{- \int P{\left(x \right)}\, dx}$$
Поэтому,
$$y_{1} = e^{- \int P{\left(x \right)}\, dx}$$
$$y_{2} = - e^{- \int P{\left(x \right)}\, dx}$$
Из выражения видно, что надо найти интеграл:
$$\int P{\left(x \right)}\, dx$$
Т.к.
$$P{\left(t \right)} = -3$$, то
$$\int P{\left(x \right)}\, dx$$ =
= $$\int \left(-3\right)\, dt = - 3 t + Const$$
Подробное решение интеграла
Зн., решение однородного линейного ур-ния:
$$y_{1} = e^{C_{1} + 3 t}$$
$$y_{2} = - e^{C_{2} + 3 t}$$
что соотв. решению
с любой константой C, не равной нулю:
$$y = C e^{3 t}$$
Мы нашли решение соотв. однородного ур-ния
Теперь надо решить наше неоднородное уравнение
y' + P(x)y = Q(x)
Используем метод вариации произвольной постоянной
Теперь, считаем, что C - это функция от x
$$y = C{\left(t \right)} e^{3 t}$$
И подставим в исходное уравнение.
Воспользовавшись правилами
- дифференцирования произведения;
- производной сложной функции,
находим, что
$$\frac{d}{d x} C{\left(x \right)} = Q{\left(x \right)} e^{\int P{\left(x \right)}\, dx}$$
Подставим Q(x) и P(x) в это уравнение.
Получим простейшее дифф. ур-ние для C(x):
$$\frac{d}{d t} C{\left(t \right)} = y e^{- 3 t}$$
Зн., C(x) =
$$\int y e^{- 3 t}\, dt = - \frac{y e^{- 3 t}}{3} + Const$$
Подробное решение интеграла
подставим C(x) в
$$y = C{\left(t \right)} e^{3 t}$$
и получим окончательный ответ для y(x):
$$e^{3 t} \left(- \frac{y e^{- 3 t}}{3} + Const\right)$$
Ответ
[src]
3*t
y C1*e
x(t) = - - + -------
3 3
Классификация