■1階線形 微分方程式 → 印刷用PDF版は別頁 次の形の常微分方程式を1階線形常微分方程式といいます.. y'+P(x)y=Q(x) …(1) 方程式(1)の右辺: Q(x) を 0 とおいてできる同次方程式 (この同次方程式は,変数分離形になり比較的容易に解けます). y'+P(x)y=0 …(2) の1つの解を u(x) とすると,方程式(1)の一般解は. y=u(x)( dx+C) …(3) で求められます. 参考書には 上記の u(x) の代わりに, e − ∫ P(x)dx のまま書いて y=e − ∫ P(x)dx ( Q(x)e ∫ P(x)dx dx+C) …(3') と書かれているのが普通です.この方が覚えやすい人は,これで覚えるとよい.ただし,赤と青で示した部分は,定数項まで同じ1つの関数の符号だけ逆のものを使います. 筆者は,この複雑な式を見ると頭がクラクラ(目がチカチカ)して,どこで息を継いだらよいか困ってしまうので,上記の(3)のように同次方程式の解を u(x) として,2段階で表すようにしています. (解説) 同次方程式(2)は,次のように変形できるので,変数分離形です.. y'+P(x)y=0. =−P(x)y. =−P(x)dx 両辺を積分すると. =− P(x)dx. log |y|=− P(x)dx. |y|=e − ∫ P(x)dx+A =e A e − ∫ P(x)dx =Be − ∫ P(x)dx とおく. y=±Be − ∫ P(x)dx =Ce − ∫ P(x)dx …(4) 右に続く→ 理論の上では上記のように解けますが,実際の積分計算 が難しいかどうかは u(x)=e − ∫ P(x)dx や dx がどんな計算 になるかによります. すなわち, P(x) や の形によっては, 筆算では手に負えない問題になることがあります. →続き (4)式は, C を任意定数とするときに(2)を満たすが,そのままでは(1)を満たさない. このような場合に,. 同次方程式 y'+P(x)y=0 の 一般解の定数 C を関数に置き換えて ,. 非同次方程式 y'+P(x)y=Q(x) の解を求める方法を 定数変化法 という. 微分方程式の問題です - 2階線形微分方程式非同次形で特殊解をどのよ... - Yahoo!知恵袋. なぜ, そんな方法を思いつくのか?自分にはなぜ思いつかないのか?などと考えても前向きの考え方にはなりません.思いついた人が偉いと考えるとよい.
z'e x =2x. e x =2x. dz= dx=2xe −x dx. dz=2 xe −x dx. z=2 xe −x dx f=x f '=1 g'=e −x g=−e −x 右のように x を微分する側に選んで,部分積分によって求める.. fg' dx=fg− f 'g dx により. xe −x dx=−xe −x + e −x dx=−xe −x −e −x +C 4. z=2(−xe −x −e −x +C 4) y に戻すと. y=2(−xe −x −e −x +C 4)e x. y=−2x−2+2C 4 e x =−2x−2+Ce x …(答) ♪==(3)または(3')は公式と割り切って直接代入する場合==♪ P(x)=−1 だから, u(x)=e − ∫ P(x)dx =e x Q(x)=2x だから, dx= dx=2 xe −x dx. =2(−xe −x −e −x)+C したがって y=e x { 2(−xe −x −e −x)+C}=−2x−2+Ce x …(答) 【例題2】 微分方程式 y'+2y=3e 4x の一般解を求めてください. この方程式は,(1)において, P(x)=2, Q(x)=3e 4x という場合になっています. はじめに,同次方程式 y'+2y=0 の解を求める.. =−2y. =−2dx. =− 2dx. log |y|=−2x+C 1. |y|=e −2x+C 1 =e C 1 e −2x =C 2 e −2x ( e C 1 =C 2 とおく). y=±C 2 e −2x =C 3 e −2x ( 1 ±C 2 =C 3 とおく) 次に,定数変化法を用いて, C 3 =z(x) とおいて y=ze −2x ( z は x の関数)の形で元の非同次方程式の解を求める.. y=ze −2x のとき. y'=z'e −2x −2ze −2x となるから 元の方程式は次の形に書ける.. z'e −2x −2ze −2x +2ze −2x =3e 4x. z'e −2x =3e 4x. e −2x =3e 4x. dz=3e 4x e 2x dx=3e 6x dx. dz=3 e 6x dx. z=3 e 6x dx. = e 6x +C 4 y に戻すと. y=( e 6x +C 4)e −2x. y= e 4x +Ce −2x …(答) P(x)=2 だから, u(x)=e − ∫ 2dx =e −2x Q(x)=3e 4x だから, dx=3 e 6x dx.