Διαφορικές εξισώσεις 302.

Σχετικά έγγραφα
Συνήθεις Διαφορικές Εξισώσεις Ι Ασκήσεις - 19/10/2017. Ακριβείς Διαφορικές Εξισώσεις-Ολοκληρωτικοί Παράγοντες. Η πρώτης τάξης διαφορική εξίσωση

Διαφορικές Εξισώσεις Πρώτης Τάξης

Συνήθεις Διαφορικές Εξισώσεις Ι ΣΔΕ Bernoulli, Riccati, Ομογενείς. Διαφορικές Εξισώσεις Bernoulli, Riccati και Ομογενείς

iii) x + ye 2xy 2xy dy

Συνήθεις Διαφορικές Εξισώσεις Ι Ασκήσεις - 26/10/2017. Διαφορικές Εξισώσεις Bernoulli, Riccati και Ομογενείς

Συνήθεις Διαφορικές Εξισώσεις Ι Ασκήσεις - 09/11/2017. Άσκηση 1. Να βρεθεί η γενική λύση της διαφορικής εξίσωσης. dy dx = 2y + x 2 y 2 2x

Διαφορικές Εξισώσεις.

Διαφορικές Εξισώσεις.

Συνήθεις Διαφορικές Εξισώσεις

ΑΚΡΙΒΗ ΔΙΑΦΟΡΙΚΑ. u,υ / A ονομάζεται ακριβές διαφορικό όταν υπάρχει. df u x,y dx υ x,y dy. f u και. f y. 3 f. και

1.1 Βασικές Έννοιες των Διαφορικών Εξισώσεων

α. y = y x 2 β. x + 5x = e x γ. xy (xy + y) = 2y 2 δ. y (4) + xy + e x = 0 η. x 2 (y ) 4 + xy + y 5 = 0 θ. y + ln y + x 2 y 3 = 0 d 3 y dy + 5y

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ Εξέταση Σεπτεμβρίου 25/9/2017 Διδάσκων: Ι. Λυχναρόπουλος

Μερικές Διαφορικές Εξισώσεις

(ii) x[y (x)] 4 + 2y(x) = 2x. (vi) y (x) = x 2 sin x

Γενικά Μαθηματικά ΙΙ

x(t) 2 = e 2 t = e 2t, t > 0

Λύσεις Εξετάσεων Φεβρουαρίου Ακ. Έτους

ΛΥΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ ΓΕΝΙΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ. Τμήμα Φαρμακευτικής ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ. Λυμένες Ασκήσεις & Λυμένα Θέματα Εξετάσεων

y 1 (x) f(x) W (y 1, y 2 )(x) dx,

Εισαγωγή στις Συνήθεις ιαϕορικές Εξισώσεις. Σηµειώσεις

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ Τµήµα Επιστήµης Υπολογιστών

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΙΙ ιδάσκων : Ε. Στεφανόπουλος 12 ιουνιου 2017

Διαφορικές Εξισώσεις

ΛΥΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ ΓΕΝΙΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ

Κεφάλαιο 5. Γραμμικές Βαθμωτές ΔΕ

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 13: Μελέτη ΓΧΑ Συστημάτων με τον Μετασχηματισμό Laplace. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

lim f n(x) = f(x) 1 ǫ < n ln ǫ N (ǫ, x) = ln ( )

Author : Πιθανώς έχει κάποιο λάθος Supervisor : Πιθανώς έχει καποιο λάθος.

2. Η μέθοδος του Euler

x(t) ax 1 (t) y(t) = 1 ax 1 (t) = (1/a)y 1(t) x(t t 0 ) y(t t 0 ) =

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ ΤΜΗΜΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ - ΤΜΗΜΑ ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΩΝ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΕΣ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 26 ΙΟΥΛΙΟΥ 2009 ΕΥΤΕΡΟ ΜΕΡΟΣ :

Ύπαρξη και Mοναδικότητα Λύσης Μη γραμμικών ΔΕ

ΚΕΦ. 1. ΣΥΝΗΘΕΙΣ ΔΙΑΦΟΡΙΚΕΣ ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ Εισαγωγή.

Τίτλος Μαθήματος: Συνήθεις Διαφορικές Εξισώσεις Ι

G n. n=1. n=1. n=1 G n) = m (E). n=1 G n = k=1

Λ. Ζαχείλας. Επίκουρος Καθηγητής Εφαρμοσμένων Μαθηματικών Τμήμα Οικονομικών Επιστημών Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας. Οικονομική Δυναμική 29/6/14

lim y < inf B + ε = x = +. f(x) =

10 ΣΥΝΗΘΕΙΣ ΙΑΦΟΡΙΚΕΣ ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ

M. J. Lighthill. g(y) = f(x) e 2πixy dx, (1) d N. g (p) (y) =

(a) = lim. f y (a, b) = lim. (b) = lim. f y (x, y) = lim. g g(a + h) g(a) h g(b + h) g(b)

ΛΟΓΙΣΜΟΣ ΕΝΟΤΗΤΑ 7: ΣΥΝΕΠΕΙΕΣ ΘΕΩΡΗΜΑΤΟΣ ΜΕΣΗΣ ΤΙΜΗΣ

Περιεχόμενα 7. Πρόλογος

Γραμμικά Συστήματα Διαφορικών Εξισώσεων

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ Πρόοδος 18/4/2018 Διδάσκων: Ι. Λυχναρόπουλος

> ln 1 + ln ln n = ln(1 2 3 n) = ln(n!).

Διαφορικές Εξισώσεις.

σ (9) = i + j + 3 k, σ (9) = 1 6 k.

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

Ασκήσεις Συνήθων Διαϕορικών Εξισώσεων

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ Τµήµα Επιστήµης Υπολογιστών

ΓΙΩΡΓΟΣ ΚΟΡΩΝΑΚΗΣ. ΑΛΛΑΓΗ ΜΕΤΑΒΛΗΤΗΣ ΣΤΟ ΟΡΙΣΜΕΝΟ ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΑ Διδακτική προσέγγιση

Πρόλογος Εισαγωγή στη δεύτερη έκδοση Εισαγωγή... 11

x(t) = 4 cos(2π600t π/3) + 2 cos(2π900t + π/8) + cos(2π1200t) (3)

Μεθοδολογία για τις Συνήθεις Διαφορικές Εξισώσεις Από την Ενότητα του Ελληνικού Ανοικτού Πανεπιστημίου Σπουδές στις Φυσικές Επιστήμες

LCs 2 + RCs + 1. s 1,2 = RC ± R 2 C 2 4LC 2LC. (s 2)(s 3) = A. = 4 s 3 s=2 s + 2 B = (s 2)(s 3) (s 3) s=3. = s + 2. x(t) = 4e 2t u(t) + 5e 3t u(t) (2)

ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ ΔΙΑΦΟΡΩΝ ΟΡΙΣΜΟΙ: διαφορές των αγνώστων συναρτήσεων. σύνολο τιμών. F(k,y k,y. =0, k=0,1,2, δείκτη των y k. =0 είναι 2 ης τάξης 1.

u x = 2uu y u y = 0 ϕ x = x t h (t), ϕ xx = x2 t 3 h (t) και ϕ y = y t h (t), ϕ yy = y2 t 3 h (t). t 2 h (t) + x2

x(t) = 4 cos(2π600t π/3) + 2 sin(2π900t + π/4) + sin(2π1200t) (1) w(t) = y(t)z(t) = 2δ(t + 1) (2) (2 sin(2π900t + π/4) t= 1 + sin(2π1200t) )

(1.1) y (t) = f ( t, y(t) ), a t b, y(a) = y 0.

ΙΑΦΟΡΙΚΕΣ ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ ΙΑΝΟΥΑΡΙΟΣ 2012 ΘΕΜΑΤΑ Α

ΜΑΣ002: Μαθηματικά ΙΙ ΑΣΚΗΣΕΙΣ (για εξάσκηση)

Γενικά Μαθηματικά (Φυλλάδιο 1 ο )

Η ΑΣΥΝΕΧΗΣ ΜΕΘΟΔΟΣ ΤΟΥ GALERKIN

4.1 Το αόριστο ολοκλήρωµα - Βασικά ολοκληρώ-

). Πράγματι, στο διάστημα [ x, x 1 2 ικανοποιεί τις προϋποθέσεις του Θ.Μ.Τ. Επομένως, υπάρχει ξ x 1,

Μεθοδολογία για τις Συνήθεις Διαφορικές Εξισώσεις Από την Ενότητα του Ελληνικού Ανοικτού Πανεπιστημίου Σπουδές στις Φυσικές Επιστήμες

Κεφάλαιο 7. Μετασχηματισμός Laplace. 7.1 Εισαγωγή στον μετασχηματισμό Laplace

Μεθοδολογία για τις Συνήθεις Διαφορικές Εξισώσεις Από την Ενότητα του Ελληνικού Ανοικτού Πανεπιστημίου Σπουδές στις Φυσικές Επιστήμες

ΟΛΟΚΛΗΡΩΤΙΚΟΣ ΛΟΓΙΣΜΟΣ ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ ΛΥΜΕΝΑ ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ. Φροντιστήριο Μ.Ε. «ΑΙΧΜΗ» Κ. Καρτάλη 28 (με Δημητριάδος) Βόλος τηλ.

Μιχάλης Παπαδημητράκης. Μερικές Διαφορικές Εξισώσεις

ΠΑΝΕΛΛΗΝΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΗΜΕΡΗΣΙΩΝ ΓΕΝΙΚΩΝ ΛΥΚΕΙΩΝ. f ( x) 0 0 2x 0 x 0

Διαφορικές Εξισώσεις.

Θεώρημα Bolzano. Γεωμετρική Ερμηνεία του θ.bolzano. Θ. Bolzano και ύπαρξη ρίζας

Πανεπιστήµιο Κρήτης - Τµήµα Επιστήµης Υπολογιστών. Απειροστικός Λογισµός Ι. ιδάσκων : Α. Μουχτάρης. Απειροστικός Λογισµός Ι - 3η Σειρά Ασκήσεων

Θεωρία Μέτρου και ολοκλήρωσης Ασκήσεις

cos t dt = 0. t cos t 2 dt = 1 8 f(x, y, z) = (2xyz, x 2 z, x 2 y) (2xyz) = (x2 z) (x 2 z) = (x2 y) 1 u du =

2x 2 y. f(y) = f(x, y) = (xy, x + y)

35 Χρήσιμες Προτάσεις με αποδείξεις Γ Λυκείου Μαθηματικά Κατεύθυνσης

Γ1. Να μελετήσετε την f ως προς τη μονοτονία και να αποδείξετε ότι το σύνολο τιμών της είναι το διάστημα (0, + ).

7η ιεθνής Μαθηµατική Εβδοµάδα Θεσσαλονίκη Μαρτίου 2015 Ολοκληρωτικές εξισώσεις: τριτοβάθµια και δευτεροβάθµια εκπαίδευση

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΓΕΝΙΚΑ ΘΕΜΑ Α. , έχει κατακόρυφη ασύμπτωτη την x 0.

f(x) dx. f(x)dx = 0. f(x) dx = 1 < 1 = f(x) dx. Θα είχαµε f(c) = 0, ενώ η f δεν µηδενίζεται πουθενά στο [0, 2].

1.1. Διαφορική Εξίσωση και λύση αυτής

Μερικές Διαφορικές Εξισώσεις

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ Τµήµα Επιστήµης Υπολογιστών. HY-215: Εφαρµοσµένα Μαθηµατικά για Μηχανικούς ιδάσκοντες : Γ. Στυλιανού, Γ.

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ ΟΙΚΟΝΟΜΙΑΣ ΚΑΙ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ. Το 1ο Θέμα στις πανελλαδικές εξετάσεις

Αριθμητικές Μέθοδοι σε Προγραμματιστικό Περιβάλλον

Επίλυση Δ.Ε. με Laplace

Το Θεώρημα Stone - Weierstrass

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

f(z) 1 + z a lim f (n) (0) n! = 1

< F ( σ(h(t))), σ (h(t)) > h (t)dt.

Απειροστικός Λογισμός Ι, χειμερινό εξάμηνο Λύσεις ένατου φυλλαδίου ασκήσεων.

ΠΑΝΕΛΛΑΔΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Γ ΤΑΞΗΣ ΗΜΕΡΗΣΙΟΥ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΕΣ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΘΕΜΑΤΩΝ

ΚΑΤΑΝΟΜΕΣ Ι ΙΑΣΤΑΤΩΝ ΤΥΧΑΙΩΝ ΜΕΤΑΒΛΗΤΩΝ (Συνέχεια)

Τίτλος Μαθήματος: Ειδικές Συναρτήσεις

P m (x)p n (x)dx = 2 2n + 1 δn m. P 1 (x) = x. P 2 (x) = 1 2 (3x2 1) P 3 (x) = 1 2 (5x3 3x) P 4 (x) = 1 8 (35x4 30x 2 + 3)

f f 2 0 B f f 0 1 B 10.3 Ακρότατα υπό συνθήκες Πολλαπλασιαστές του Lagrange

2 Περιεχόμενα. Γράφημα της συνάρτησης = (δηλ. της περιττής περιοδικής επέκτασης της f = f( x), 0 x p στο R )

Transcript:

Διαφορικές εξισώσεις 32. Μαθηματικό Αθήνας Συλλογή ασκήσεων 1 Λύτες: Βουλγαρίδου Εύα Ορμάνογλου Στράβων Παπαμικρούλη Ελένη Παπανίκου Μυρτώ Καθηγητές: Αθανασιάδου - Μπαρμπάτης Επιμέλεια L A TEX: Βώβος Μάριος 1 Το παρών έγγραφο ενημερώνεται συνεχώς.

Άσκηση 1 Να λυθούν οι διαφορικές εξισώσεις και το Π.Α.Τ. που ακολουθούν: αʹ y = 2ty βʹ y = y y γʹ = ye t y = 2e αʹ βʹ γʹ y y dy = 2tdt + c ln y = t 2 + c yt = c 1 e t2 y y dy = dt + c ln y = cos t + c yt = c 1 e cos t y y dy = e t dt + c ln y = e t + c yt = c 1 e et. Εύκολα για t = έχουμε ότι c 1 = 2, επομένως θα ι- σχύει yt = 2e et Άσκηση 2 Να λυθεί η παρακάτω διαφορική εξίσωση: y y = te 2t y 3, 1 y = 1 Έχουμε εξίσωση Bernoulli με r = 3. Χρησιμοποιούμε τον μετασχηματισμό ut = y 1 3 = 1 y 2 με u t = 2 y 3 y. Πολλαπλασιάζουμε την 1 με την ποσότητα 2 y 3 και έχουμε: 2 y y 3 + 2 y 2 = 2te 2t u + 2u = 2te 2t, 2 Εφαρμόζουμε τη μέθοδο του ολοκληρωτικού παράγοντα στην 4 με μt = exp 2dt = e 2t. Πολλαπλασιάζουμε την 2 με τον ολοκληρωτικό παράγοντα που βρήκαμε και έχουμε: e 2t u + 2e 2t u = 2t e 2t u = t 2 e 2t u = t 2 + c u = e 2t t 2 + e 2t c ut = e 2t t 2 + c et yt = ± t2 + c Προφανώς η y είναι διάφορη του μηδενός και συνεχής επομένως διατηρεί σταθερό πρόσημο και μάλιστα θετικό αφού y = 1. Τελικά έχουμε: e t yt = t2 + 1 1

Άσκηση 3 Να λυθεί η διαφορική εξίσωση x + 2tx = 2t 3 x 3, 1. Έχουμε εξίσωση Bernoulli με r = 3. Χρησιμοποιούμε τον μετασχηματισμό ut = x 1 3 = 1 x 2 με u t = 2 x 3 x. Πολλαπλασιάζουμε την 1 με την ποσότητα 2 x 3 και έχουμε: 2 x x 3 4t x 2 = 4t3 u 4tu = 4t 3, 2 Εφαρμόζουμε τη μέθοδο του ολοκληρωτικού παράγοντα και έχουμε μt = exp 4tdt = e 2t2. Επομένως, ut = e 2t2 e 2t2 4t 3 dt + c = e e 2t2 2t2 t 2 + e 2t2 + c = ce 2t2 + t 2 + 1. Τελικά, έχουμε: 2 2 yt = ± 1 ce 2t2 + t 2 + 1 2 Άσκηση 4 Δίνεται η διαφορική εξίσωση y + 2ty = y 2 + t 2 + 1, 1. αʹ Να βρεθεί μία λύση της 1 της μορφής y ειδ t = αt + β, 2. βʹ Να βρεθεί μία λύση της 1 που διέρχεται από το σημείο A, 1. αʹ Η σχέση 2 ικανοποιεί την σχέση 1 άρα: αt + β + 2t αt + β = αt + β 2 + t 2 + 1 α + 2t αt + β = αt + β 2 + t 2 + 1 α + 2αt 2 + 2βt = α 2 t 2 + 2t + β 2 + t 2 + 1 2αt 2 + 2βt + α = α 2 + 1 t 2 + 2t + β 2 + 1 2α = α 2 + 1 Τα πολυώνυμα είναι ίσα οπότε προκύπτει το σύστημα 2β = 2 που έυκολα έχει λύση α, β = 1,. α = β 2 + 1 Επομένως, y ειδ t = t. βʹ Χρησιμοποιώντας το μετασχηματισμό yt = y ειδ t + 1 ut = t + 1 ut που δίνει y = 1 u u 2 1 θα είναι: u + 2t 2t u = 1 u = 1 u = t + c και μέσω της Επομένως, η γενική λύση της δ.ε. είναι η yt = t + 1. Για να διέρχεται από το σημείο A, 1 πρέπει c t y = 1 και άρα c = 1. Τελικά, έχουμε yt = t + 1 1 t. 2

Άσκηση 5 Να λυθεί η διαφορική εξίσωση y + 1 t y = y2 1 t 2, 1, yt = α t, 2. t > αν δέχεται μία λύση της μορφής και κρατώ- α 1 Η 2 ικανοποιεί την 1 αν ισχύει + t t α α t = t Χρησιμοποιώντας το μετασχηματισμό yt = y ειδ t + 1 ut = ±1 t + 1 ut που δίνει y t = 1 t 2 u u 2 ντας ως y ειδ t = 1 2 t καταλήγουμε ότι u + t 1 u = 1 u + 1 t t 2 1 t 2 α2 = 1 α = ±1. Επομένως, y ειδ t = ± 1 t. u = 1, 3. Εφαρμόζουμε τη μέθοδο του dt ολοκληρωτικού παράγοντα στην σχέση 3 και έχουμε μt = exp = e ln t = t. Συνεπώς: t ut = t t 1 dt + c = t c t2 = t3 2 2 ct Και τελικά θα έχουμε yt = 1 t + 2 t 3 2ct. Να λυθεί η διαφορική εξίσωση y + y = ty 2, 1. Άσκηση 6 Έχουμε εξίσωση Bernoulli με r = 2. Χρησιμοποιούμε τον μετασχηματισμό ut = y 1 2 = 1 y με u t = 1 y 2 y. Πολλαπλασιάζουμε την 1 με την ποσότητα 1 y 2 και έχουμε: y y 2 1 y = t u u = t Εφαρμόζουμε τη μέθοδο του ολοκληρωτικού παράγοντα και έχουμε μt = exp e t u e t u = te t e t u = te t dt 1dt = e t. Επομένως: Να λυθεί το παρακάτω Π.Α.Τ.: Άσκηση 7 e t u = e t t + 1 + c u = ce t + t + 1 yt = y = 3t2 + 4t + 2, 1 2y 1 y = 1 1 ce t + t + 1 Η 1 γράφεται ως 2y y 1 = 3t 2 + 4t + 2. Ολοκληρώνουμε κατα μέλη και έχουμε: 2y y 1 dt = 3t 2 + 4t + 2 dt y 2 2y = t 3 + 2t 2 + 2t + c y= 1 y 2 2y = t 3 + 2t 2 + 2t + 3 y 2 2y + 1 = t 3 + 2t 2 + 2t + 4 y= 1 y 1 2 = t 3 + 2t 2 + 2t + 4 yt = 1 ± t 3 + 2t 2 + 2t + 4 yt = 1 t 3 + 2t 2 + 2t + 4 3

Άσκηση 8 Να λυθεί το παρακάτω πρόβλημα αρχικών τιμών: y + y = 2 y = 1 ydt, 1 2 Θέτουμε m = ydt οπότε έχουμε y + y = m. Εφαρμόζουμε τη μέθοδο του ολοκληρωτικού παράγοντα και έχουμε μt = exp dt = e t. Επομένως, yt = e t me t dt + c = e t me t + c = m + ce t. Έχουμε όμως y = 1 άρα c = 1 m. Συνεπώς, yt = m + 1 m e t. Ολοκληρώνουμε κατά μέλη και έχουμε διαδοχικά: 2 2 ydt = m + 1 me t dt m = 2m + m 1 e 2 1 m = 1 e 2 Τελικά, έχουμε yt = e 2 t + 1 e 2. Έστω α, β R. Να λυθεί το παρακάτω Π.Α.Τ.: y + αy = Άσκηση 9 β y = γ ydt, 1 β Θέτουμε m = ydt οπότε y + αy = m. Εφαρμόζουμε τη μέθοδο του ολοκληρωτικού παράγοντα και έχουμε μt = exp αdt = e αt. Επομένως, e αt y m = α eα t yt = ce αt + m α. Όμως y = γ άρα c = γ m α και συνεπώς yt = γ m e αt + m. Ολοκληρώνουμε κατα μέλη και άρα: α α β β ydt = γ m e αt + m dt α α [ m m = α t 1 c m ] β e αt α α Τελικά έχουμε: yt = γ m = m α β 1 α β α m = γ γ β α + α 1 e + e e α α β e + 1 c m α α e + α1 e + e α β c m α e αt + β α γ + α1 e e + e α β α 4

Άσκηση 1 Να λυθεί η διαφορική εξίσωση ye xy dx + 3 + xe xy dy =, 1. Είναι ye xy dx + 3 + xe xy dy =. Έχουμε M = N x = exy 1 + xy που σημαίνει ότι η 1 είναι ακριβής. Άρα, Mx,y Nx,y υπάρχει Fx, y = c 1. Επιπλέον F x = yexy, 2 και F = 3 + xexy, 3. Ολοκληρώνοντας την 2 έχουμε ότι Fx, y = e xy + hy, 4. Παραγωγίζουμε ως προς y την 4 και συγκρίνουμε με την 3. Άρα: xe xy + h y = 3 + xe xy h y = 3 hy = 3y + c 2 Τελικά, η 4 γίνεται Fx, y = e xy + 3y + c 2 = c 1 e xy + 3y = c. Άσκηση 11 Να βρεθεί ο ολοκληρωτικός παράγοντας της μορφής μ = μ t + y 2 για τη διαφορική εξίσωση 3t + 2y + y 2 dt + t + 4ty + 5y 2 dy = και στη συνέχεια να λυθεί. Είναι 3t + 2y + y 2 dx + t + 4ty + 5y 2 dy =, 1. Η 1 δεν είναι ακριβής. Πρέπει μm dt + μn dy = Mt,y Nt,y και μm = μn μ t M + μ M = μ t N + μ N t, 2. Επίσης, μ = μ t + y 2 και St, y = t + y 2. Επομένως, μ = μ S μ μ = 2y, 3. Ακόμη, έχουμε S S t = μ S S t = μ, 4. Από τις σχέσεις 2, 3, 4 έχουμε: S 2yM μ S + m Μ = N μ S + μ N t 2yM N μ N S = t M μ N 1 μ μ S = t M 2yM N N t M Έστω hs = 2yM N = 1 + 4y 2y 2 6yt + 4y 2 + 2y 3 t 4ty 5y 2 = 2y 1 2yt y 2 + 2y 3 t = 1 t + y 2 = 1 S. Άρα: μs = exp hsds = e ln S = S = t + y 2, 5 Συνδυάζοντας τις σχέσεις 1 και 5 έχουμε: 3t + 2y + y 2 t 2 + y 2 dt t + 4ty + 5y 2 t + y 2 dy = y 4 + 2y 3 + 4y 2 t + 2yt + 3t 2 dt + 5y 4 + 4ty 3 + 6ty 2 + 4t 2 y + t 2 dy =, 6 Mt,y Προφανώς, τώρα ισχύει M = N που σημαίνει ότι η 6 είναι ακριβής. Από γνωστό θέωρημα θα υπάρχει t συνάρτηση τέτοια ώστε Fx, y = c με F dt = y4 + 2y 3 + 4y 2 t + 2yt + 3t 2 και F dy = 5y4 + 4ty 3 + 6ty 2 + 4t 2 y + t 2. Ολοκληρώνοντας ως προς t την πρώτη σχέση έχουμε Fx, y = y 4 t + 2y 2 t 2 + yt 2 + 2y 3 t + t 3 + gy. Παραγωγίζοντας ως προς y και συγκρίνοντας με την δεύτερη σχέση που βρήκαμε παραπάνω έχουμε: Nt,y 4y 3 t + 4yt 2 + t 2 + 6y 2 t + g y = 5y 4 + 4ty 3 + 6ty 2 + 4t 2 + t 2 g y = 5y 4 gy = y 5 + c 1 Άρα, y 4 t + 2y 2 t 2 + yt 2 + 2y 3 t + t 3 + y 5 + c 1 = c y 4 t + 2y 2 t 2 + yt 2 + 2y 3 t + t 3 + y 5 = c. πεπλεγμένη μορφή. Η λύση βρίσκεται σε 5

Για τη διαφορική εξίσωση x 2 y + y 2 dx x 3 dy =. Άσκηση 12 Έχουμε x 2 y + y 2 dx + x 3 dy =. Εύκολα αποδεικνύεται ότι η δ.ε. δεν είναι ακριβής. Είναι μ = μ xy, Mx,y Nx,y S x, y = S = xy. Έχουμε διαδοχικά μ = μ s s = x μ S και μ x = μ s s x = y μ S. Μετασχηματίζουμε την δ.ε. στην ισοδύναμη μορφή μm dx + μν dy = και έχουμε μm = μn μ x Μ + μ Μ = μ x Ν + μ Ν x. Συνδυάζοντας τις παραπάνω σχέσεις είναι: xm μ S + μ Μ xm yn μ S = 1 μ μ S = μ = yn S + μ N x N x M μ N x M xm yn N x M Έστω gs = xm yn = 3x2 x 2 2y x 3 y + xy 2 + yx 3 = 4x2 2y 2x 3 y + xy 2 = 2 xy = 2 S Τελικά, η δ.ε. θα είναι της μορφής: και μ S = exp gsds = 1 s 2 = 1 x 2 y 2. 1 x 2 x 2 y 2 y + y 2 dx x 3 1 x 2 y 2 dy = 1 y + 1 x }{{ 2 } Mx,y x y 2 Nx,y dy dx = Τώρα, η δ.ε. είναι ακριβής και άρα υπάρχει συνάρτηση Fx, y = c με F x = Mx, y = 1 y + 1 F και x2 = Nx, y = x y 2. Ολοκληρώνουμε την πρώτη σχέση ως προς x και παραγωγίζουμε το συμπέρασμα ως προς y, συγκρίνοντας το με την δεύτερη σχέση: 1 F = y + 1 x 2 dx + hy = x y 1 x + hy h y = hy = c 1 F = x2 y + h y = x2 y Τελικά, θα είναι Fx, y = x y 1 x + hy c = x y 1 x + c 1 x y 1 x = c. Άσκηση 13 Να λυθεί η διαφορική εξίσωση 5x 2 y dx + xdy = αν δέχεται ολοκληρωτικό παράγοντα μ = μx. Έχουμε 5x 2 y Mx,y dx + x dy =. Εύκολα αποδεικνύεται ότι η δ.ε. δεν είναι ακριβής. Μετασχηματίζουμε την Nx,y = μν μ x Μ + μ Μ = μ x Ν + μ Ν x δ.ε. στην ισοδύναμη μορφή μm dx + μν dy = και έχουμε μm μ Μ = μ x N + μ N Άρα, μ = exp fxdx x μ Μ x N = μ N x 1 μ μ x = = 1. Τελικά, η δ.ε. γίνεται: x2 5 y x 2 dx + Mx,y 1 x Nx,y M N x N dy =. Θέτουμε gx = M N x N = 1 1 x = 2 x. 6

Η δ.ε. είναι ακριβής και άρα υπάρχει συνάρτηση Fx, y = c με F x = Mx, y = 5 y F x 2 και = Nx, y = 1 x. Ολοκληρώνουμε την πρώτη σχέση ως προς x και παραγωγίζουμε το συμπέρασμα ως προς y, συγκρίνοντας το με την δεύτερη σχέση: F = 5 y x 2 dx + hy = 5x + y x + hy h y = hy = c 1 F = 1 x + h y = 1 x Τελικά, έχουμε 5x + y x = c. Άσκηση 14 Να προσδιορίσετε τη διαφορίσιμη συνάρτηση f =, για την οποία η διαφορική εξίσωση 2 + y 3 cos t + fty 2 y = είναι ακριβής. Στη συνέχεια, να λυθεί η διαφορική εξίσωση για την προκύπτουσα f. Έχουμε 2 + y 3 cos t dx + fty 2 y dy =. Αφού η f είναι ακριβής πρέπει: Mt,y Nt,y Μ = Ν t 3y2 cos t = f ty 2 f t = 3 cos t ft = 3 + c 1,, f = ft = 3 Οπότε η δ.ε. γίνεται 2 + y 3 cos t + 3 y 2 y = y + 2 + y3 cos t 3y 2 = y + cos t 3 y = 2 3 y 2. Άρα, έχουμε Bernoulli για r = 2. Χρησιμοποιούμε το μετασχηματισμό ut = y 1 r = y 3 με u t = 3y 2 y. Πολλαπλασιάζουμε τη δ.ε. με 3y 2 και έχουμε: 3y 2 y + cos t y3 = 2 u t + cos t ut = 2 u t + cos tut = 2 ut = 2t ut = c 2t 1 y 3 = c 2t yt = 3 c 2t 7