题目
全微分方程 (x^2-y)dx-xdy=0 的通解为() A. (1)/(3)x^3+xy=CB. -(1)/(3)x^3-xy=CC. -(1)/(3)x^3+xy=CD. (1)/(3)x^3-xy=C
全微分方程
$(x^2-y)dx-xdy=0$
的通解为()
- A. $\frac{1}{3}x^3+xy=C$
- B. $-\frac{1}{3}x^3-xy=C$
- C. $-\frac{1}{3}x^3+xy=C$
- D. $\frac{1}{3}x^3-xy=C$
题目解答
答案
为了求解全微分方程 $(x^2 - y)dx - xdy = 0$ 的通解,我们首先需要验证该方程是否为全微分方程。全微分方程的形式为 $P(x, y)dx + Q(x, y)dy = 0$,其中 $P$ 和 $Q$ 满足 $\frac{\partial P}{\partial y} = \frac{\partial Q}{\partial x}$。
对于给定的方程 $(x^2 - y)dx - xdy = 0$,我们有 $P(x, y) = x^2 - y$ 和 $Q(x, y) = -x$。计算偏导数,得到:
\[
\frac{\partial P}{\partial y} = -1, \quad \frac{\partial Q}{\partial x} = -1.
\]
由于 $\frac{\partial P}{\partial y} = \frac{\partial Q}{\partial x}$,所以该方程是全微分方程。
接下来,我们求解全微分方程。全微分方程的通解 $u(x, y) = C$ 可以通过以下步骤找到:
1. 将 $P(x, y)$ 对 $x$ 积分,得到 $u(x, y)$ 的一个部分。
2. 将 $Q(x, y)$ 对 $y$ 积分,得到 $u(x, y)$ 的另一个部分。
3. 将两个部分合并,确保不重复计算任何项。
首先,将 $P(x, y) = x^2 - y$ 对 $x$ 积分:
\[
\int (x^2 - y) \, dx = \frac{1}{3}x^3 - xy + f(y).
\]
其中 $f(y)$ 是 $y$ 的任意函数。
接下来,将 $Q(x, y) = -x$ 对 $y$ 积分:
\[
\int (-x) \, dy = -xy + g(x).
\]
其中 $g(x)$ 是 $x$ 的任意函数。
将两个部分合并,我们得到:
\[
u(x, y) = \frac{1}{3}x^3 - xy + C.
\]
其中 $C$ 是常数。
因此,全微分方程 $(x^2 - y)dx - xdy = 0$ 的通解为:
\[
\frac{1}{3}x^3 - xy = C.
\]
所以,正确答案是 $\boxed{D}$。
解析
步骤 1:验证全微分方程
给定方程 $(x^2 - y)dx - xdy = 0$,我们首先验证它是否为全微分方程。全微分方程的形式为 $P(x, y)dx + Q(x, y)dy = 0$,其中 $P$ 和 $Q$ 满足 $\frac{\partial P}{\partial y} = \frac{\partial Q}{\partial x}$。 对于给定的方程,我们有 $P(x, y) = x^2 - y$ 和 $Q(x, y) = -x$。计算偏导数,得到: \[ \frac{\partial P}{\partial y} = -1, \quad \frac{\partial Q}{\partial x} = -1. \] 由于 $\frac{\partial P}{\partial y} = \frac{\partial Q}{\partial x}$,所以该方程是全微分方程。
步骤 2:求解全微分方程
全微分方程的通解 $u(x, y) = C$ 可以通过以下步骤找到: 1. 将 $P(x, y)$ 对 $x$ 积分,得到 $u(x, y)$ 的一个部分。 2. 将 $Q(x, y)$ 对 $y$ 积分,得到 $u(x, y)$ 的另一个部分。 3. 将两个部分合并,确保不重复计算任何项。 首先,将 $P(x, y) = x^2 - y$ 对 $x$ 积分: \[ \int (x^2 - y) \, dx = \frac{1}{3}x^3 - xy + f(y). \] 其中 $f(y)$ 是 $y$ 的任意函数。 接下来,将 $Q(x, y) = -x$ 对 $y$ 积分: \[ \int (-x) \, dy = -xy + g(x). \] 其中 $g(x)$ 是 $x$ 的任意函数。 将两个部分合并,我们得到: \[ u(x, y) = \frac{1}{3}x^3 - xy + C. \] 其中 $C$ 是常数。
步骤 3:确定通解
因此,全微分方程 $(x^2 - y)dx - xdy = 0$ 的通解为: \[ \frac{1}{3}x^3 - xy = C. \]
给定方程 $(x^2 - y)dx - xdy = 0$,我们首先验证它是否为全微分方程。全微分方程的形式为 $P(x, y)dx + Q(x, y)dy = 0$,其中 $P$ 和 $Q$ 满足 $\frac{\partial P}{\partial y} = \frac{\partial Q}{\partial x}$。 对于给定的方程,我们有 $P(x, y) = x^2 - y$ 和 $Q(x, y) = -x$。计算偏导数,得到: \[ \frac{\partial P}{\partial y} = -1, \quad \frac{\partial Q}{\partial x} = -1. \] 由于 $\frac{\partial P}{\partial y} = \frac{\partial Q}{\partial x}$,所以该方程是全微分方程。
步骤 2:求解全微分方程
全微分方程的通解 $u(x, y) = C$ 可以通过以下步骤找到: 1. 将 $P(x, y)$ 对 $x$ 积分,得到 $u(x, y)$ 的一个部分。 2. 将 $Q(x, y)$ 对 $y$ 积分,得到 $u(x, y)$ 的另一个部分。 3. 将两个部分合并,确保不重复计算任何项。 首先,将 $P(x, y) = x^2 - y$ 对 $x$ 积分: \[ \int (x^2 - y) \, dx = \frac{1}{3}x^3 - xy + f(y). \] 其中 $f(y)$ 是 $y$ 的任意函数。 接下来,将 $Q(x, y) = -x$ 对 $y$ 积分: \[ \int (-x) \, dy = -xy + g(x). \] 其中 $g(x)$ 是 $x$ 的任意函数。 将两个部分合并,我们得到: \[ u(x, y) = \frac{1}{3}x^3 - xy + C. \] 其中 $C$ 是常数。
步骤 3:确定通解
因此,全微分方程 $(x^2 - y)dx - xdy = 0$ 的通解为: \[ \frac{1}{3}x^3 - xy = C. \]