题目
四、解答题1.求一阶线性微分方程(dy)/(dx)+y=e^-x的通解.
四、解答题
1.求一阶线性微分方程$\frac{dy}{dx}+y=e^{-x}$的通解.
题目解答
答案
将方程 $\frac{dy}{dx} + y = e^{-x}$ 两边乘以积分因子 $e^x$,得:
\[ e^x \frac{dy}{dx} + e^x y = 1 \]
即:
\[ \frac{d}{dx}(e^x y) = 1 \]
积分得:
\[ e^x y = x + C \]
解得通解为:
\[ \boxed{y = e^{-x}(x + C)} \]
解析
考查要点:本题主要考查一阶线性微分方程的解法,核心是积分因子法的应用。
解题思路:将方程转化为标准形式后,通过构造积分因子,将方程左边转化为某个函数的导数,从而直接积分求解。
关键点:
- 识别方程形式:确认方程为一阶线性微分方程,即形如$\frac{dy}{dx} + P(x)y = Q(x)$。
- 计算积分因子:$\mu(x) = e^{\int P(x) dx}$,此处$P(x)=1$,故积分因子为$e^x$。
- 方程变形与积分:利用积分因子将方程左边转化为全导数形式,再对两边积分。
步骤1:确定积分因子
原方程为$\frac{dy}{dx} + y = e^{-x}$,其中$P(x)=1$,$Q(x)=e^{-x}$。
积分因子为:
$\mu(x) = e^{\int P(x) dx} = e^{\int 1 dx} = e^{x}.$
步骤2:方程两边乘以积分因子
两边同乘$e^x$,得:
$e^x \frac{dy}{dx} + e^x y = e^x \cdot e^{-x} = 1.$
步骤3:构造全导数形式
观察左边可化简为:
$\frac{d}{dx}(e^x y) = 1.$
步骤4:积分求解
对两边积分:
$\int \frac{d}{dx}(e^x y) dx = \int 1 dx \implies e^x y = x + C,$
其中$C$为积分常数。
步骤5:解出$y$
两边同乘$e^{-x}$,得通解:
$y = e^{-x}(x + C).$