克莱罗方程
微分方程术语
克莱罗方程(Clairaut equation)是一类通解有包络结构的特殊的一阶微分方程,它的一般形式为:y=xp+f(p),其中p=dy/dx。克莱罗方程的通解具有形式:y=Cx+φ(C)(直线族),此外存在奇解(包络),其中奇解可以通过方程组:x=-φ'(p),y=px+φ(p) 消去参数 p 而得到;克莱罗方程的通解可以通过令 p=c (任意常数),代入原方程中而求得。此外,拉格朗日方程是克莱罗方程的特殊情形。
定义
形如 的方程,称为克莱罗微分方程,这里 f 是连续可微函数。
克莱罗方程的通解具有形式:(直线族),此外存在奇解(包络),其中奇解可以通过方程组:消去参数 p 而得到。
方程求解
方程的通解
克莱罗方程的通解可以通过令(任意常数),代入原方程中求得。
具体求解步骤
已知方程:,
对上式左右两端同时对 x 求导,并令,可得:;
即有:。
(1)如果,则得到,将其代入到式子中可得:,其中 c 为任意常数,这就是原方程的解。
(2)如果 ,则将该式与原方程联立,得到方程组: ,消去 p 则得到方程的一个解。求此解的过程与求包络的过程是一致的。不难验证,此解正是通解的包络。由此,克莱罗微分方程的通解为一直线族,即在原方程中以 c 代 p,且此直线族的包络是方程的奇解。
典例
例1
求解方程 ,其中 。
解:这是克莱罗方程,因而易得其通解为,
从方程组 中消去 c,得到奇解:。
方程的通解是直线族,而奇解是通解的包络。
例2
解方程 。
解:令 ,则有。
微分后,以代替,我们得到:或者。
求解这个线性方程后,我们有: 。
因此,得到:,
为了求出奇积分,按照一般规则做出方程组: , ,
由此得到: ,。
所以有:。
把 y 代入原方程,可知得到的函数并不是解,因此原方程没有奇积分。
参考资料
最新修订时间:2023-01-08 11:35
目录
概述
定义
方程求解
参考资料