Równanie różniczkowe zupełne

Równanie różniczkowe zupełne to równanie postaci:

0x01 graphic

gdzie lewa strona równania jest różniczką zupełną pewnej funkcji 0x01 graphic

Całka ogólna równania ma postać 0x01 graphic
gdzie funkcję F wyznaczono z układu:

0x01 graphic

Warunkiem koniecznym i dostatecznym istnienia funkcji F jest równość odpowiednich pochodnych cząstkowych:

0x01 graphic

Sposób rozwiązywania równań różniczkowych zupełnych wyjaśnimy na przykładach.

W rachunkach pomoże nam kalkulator ClassPad 300.

Przykład 1. Rozwiązać równanie:

0x01 graphic


Mamy kolejno:

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

a więc odpowiednie pochodne cząstkowe są równe.

Istnieje więc taka funkcja F, że

0x01 graphic

Wobec tego, przyjmując, że y jest stałe, dostajemy

0x01 graphic

więc w konsekwencji

0x01 graphic

Porównując odpowiednie pochodne cząstko­we stwierdzamy, że

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

czyli

0x01 graphic

a więc ostatecznie całka ogólna naszego równania ma postać:

0x01 graphic

0x01 graphic


Przykład 2. Rozwiązać równanie:

0x01 graphic


Mamy kolejno:

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

a więc odpowiednie pochodne cząstkowe są równe.

Istnieje więc taka funkcja F, że

0x01 graphic

Wobec tego, przyjmując, że y jest stałe, dostajemy

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

więc w konsekwencji

0x01 graphic

Porównując odpowiednie pochodne cząstko­we stwierdzamy, że

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

czyli

0x01 graphic

a więc ostatecznie całka ogólna naszego równania ma postać:

0x01 graphic

0x01 graphic


Przykład 3. Rozwiązać równanie:

0x01 graphic

przy warunku początkowym 0x01 graphic


Mamy kolejno:

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

a więc odpowiednie pochodne cząstkowe są równe.

Istnieje więc taka funkcja F, że

0x01 graphic

Wobec tego, przyjmując, że y jest stałe, dostajemy

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

więc w konsekwencji

0x01 graphic

Porównując odpowiednie pochodne cząstko­we stwierdzamy, że

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

czyli

0x01 graphic

a więc ostatecznie całka ogólna naszego równania ma postać:

0x01 graphic

Uwzględniając warunek początkowy otrzymujemy 0x01 graphic
, czyli całką (szczególną) naszego równania jest funkcja dana równaniem w postaci uwikłanej:

0x01 graphic