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一阶线性微分方程应用题解析

时间:2023-11-16 理论教育 版权反馈
【摘要】:例8.10(全国大学生2013年决赛题)设函数f(u,v)具有连续偏导数,且满足(u,v)+(u,v)=uv,求y(x)=e-2xf(x,x)所满足的一阶微分方程,并求其通解.解析由于y′(x)=-2e-2xf(x,x)+e-2x((x,x)·1+(x,x)·1)=-2y(x)+x2e-2x所以y(x)所满足的一阶微分方程是y′+2y=x2e-2x,其通解为例8.11(江苏省2000年竞赛题)

一阶线性微分方程应用题解析

例8.10(全国大学生2013年决赛题) 设函数f(u,v)具有连续偏导数,且满足(u,v)+(u,v)=uv,求y(x)=e-2xf(x,x)所满足的一阶微分方程,并求其通解.

解析 由于

y′(x)=-2e-2xf(x,x)+e-2x(x,x)·1+(x,x)·1)

=-2y(x)+x2e-2x

所以y(x)所满足的一阶微分方程是y′+2y=x2e-2x,其通解为

例8.11(江苏省2000年竞赛题) 设函数f(x)在(-∞,+∞)上连续,且满足

求f(x).

解析 采用极坐标将二重积分化为定积分,有

代入原式得

两边求导数得(www.xing528.com)

f′(t)=4πt3f(t)+4t3,f(0)=0

此为一阶线性微分方程,其通解为

由f(0)=0得C=于是f(x)=

例8.12(江苏省1994年竞赛题) 设f(x)为定义在[0,+∞)上的连续函数,且满足

求f(1).

解析 首先应用球坐标计算三重积分,记Ω:x2+y2+z2≤t2,则

代入原式得

则f(0)=0.上式两边求导得f′(t)=4πt2f(t)+3t2,此为一阶线性方程,通解为

由f(0)=0得C=于是f(t)=,故f(1)=

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