关于方程(dy)/(dx)=(y)/(x-sqrt(xy))下列叙述正确的是()。 A 齐次方程 B 有积分因子(1)/(ysqrt(xy)) C 可化为变量分离的方程 D 关于x的伯努利方程
关于方程$\frac{dy}{dx}=\frac{y}{x-\sqrt{xy}}$下列叙述正确的是()。
A 齐次方程
B 有积分因子$\frac{1}{y\sqrt{xy}}$
C 可化为变量分离的方程
D 关于x的伯努利方程
题目解答
答案
解析
本题主要考查一阶微分方程的类型判断,包括齐次方程、积分因子、变量分离方程以及伯努利方程的相关知识。解题思路是根据各类方程的定义和性质,对给定的方程$\frac{dy}{dx}=\frac{y}{x - \sqrt{xy}}$逐一进行分析判断。
选项A:齐次方程判断
若微分方程可写成$\frac{dy}{dx} = f(\frac{y}{x})$的形式,则为齐次方程。
对给定方程$\frac{dy}{dx} = \frac{y}{x - \sqrt{xy}}$,从分母中提取$x$可得:
$\frac{dy}{dx} = \frac{y}{x(1 - \sqrt{\frac{y}{x}})}$
设$v = \frac{y}{x}$,则$y = vx$,方程变为:
$\frac{dy}{dx} = \frac{vx}{x(1 - \sqrt{v})} = \frac{v}{1 - \sqrt{v}}$
方程可写成$\frac{dy}{dx} = f(\frac{y}{x})$的形式,所以它是齐次方程,选项A正确。
选项B:积分因子判断
将方程$\frac{dy}{dx} = \frac{y}{x - \sqrt{xy}}$化为微分形式:
$(x - \sqrt{xy}) dy - y dx = 0$
设$M = -y$,$N = x - \sqrt{xy}$。若存在函数$\mu$使$\mu M dx + \mu N dy$精确,则$\mu$是积分因子,精确条件为$\frac{\partial}{\partial y}(\mu M) = \frac{\partial}{\partial x}(\mu N)$。
尝试$\mu = \frac{1}{y\sqrt{xy}}$:
$\mu M = \frac{-y}{y\sqrt{xy}} = \frac{-1}{\sqrt{xy}}$
$\mu N = \frac{x - \sqrt{xy}}{y\sqrt{xy}} = \frac{x}{y\sqrt{xy}} - \frac{1}{y} = \frac{\sqrt{x}}{y\sqrt{y}} - \frac{1}{y} = \frac{\sqrt{x}}{y^{3/2}} - \frac{1}{y}$
计算偏导数:
$\frac{\partial}{\partial y}(\mu M) = \frac{\partial}{\partial y}\left(\frac{-1}{\sqrt{xy}}\right) = \frac{x}{2(xy)^{3/2}} = \frac{1}{2y\sqrt{xy}}$
$\frac{\partial}{\partial x}(\mu N) = \frac{\partial}{\partial x}\left(\frac{\sqrt{x}}{y^{3/2}} - \frac{1}{y}\right) = \frac{1}{2y^{3/2}\sqrt{x}} = \frac{1}{2y\sqrt{xy}}$
因为$\frac{\partial}{\partial y}(\mu M) = \frac{\partial}{\partial x}(\mu N)$,所以$\mu = \frac{1}{y\sqrt{xy}}$是积分因子,选项B正确。
选项C:变量分离方程判断
由于已证明方程是齐次的,通过代换$v = \frac{y}{x}$可化为变量分离的方程,所以选项C正确。
选项D:伯努利方程判断
关于$x$的伯努利方程形式为$\frac{dx}{dy} + P(y)x = Q(y)x^n$。
将给定方程化为$\frac{dx}{dy} = \frac{x - \sqrt{xy}}{y}$,即:
$\frac{dx}{dy} - \frac{x}{y} = -\frac{\sqrt{xy}}{y}$
设$u = \sqrt{x}$,则$x = u^2$,$\frac{dx}{dy} = 2u \frac{du}{dy}$,代入方程得:
$2u \frac{du}{dy} - \frac{u^2}{y} = -\frac{u\sqrt{y}}{y}$
除以$u$得:
$2 \frac{du}{dy} - \frac{u}{y} = -\frac{\sqrt{y}}{y}$
这是关于$u$的线性方程,不是伯努利方程,选项D错误。
由于选项A、B、C正确,但题目为单选题,通常选择最直接或最常见形式的解,所以最合适的答案是选项A。