Question

Помогите с линейным дифференциальным уровнением y'tgx+y=cos^(2)x

Answer 1

Ответ:

$y= 1 -frac{1}{3}sin^2(x)+frac{C}{sin(x)}$

Пошаговое объяснение:

y'tgx + y = cos²x

Решаем методом вариации постоянной (Лагранжа).

Шаг 1. Решение однородного уравнения

                              y'tgx + y = 0

Делим обе части уравнения на y·tgx

                             y'/y  + ctgx = 0

                              $frac{y'}{y} + ctgx =0$

                              dy/y = -ctg(x)dx

                               $frac{dy}{y} =ctg(x) dx$

Интегрируем обе части уравнения

                       $intlimits{frac{1}{y}} , dy = -intlimits{frac{cos(x)}{sin(x)} } , dx$

                        ln|y| = -ln|sin(x)| + ln|C|

                        ln|y| = ln|C/sin(x)|

                            y = C/sin(x)

Шаг 2. Заменяем постоянную С на функцию u(x)

                           y = u(x)/sin(x)

Находим производную

$y' = frac{u'(x)sin(x)-u(x)cos(x)}{sin^2(x)}$

Подставляем в исходное дифференциальное уравнение

                                      y'tgx + y = 0

$frac{u'(x)sin(x)-u(x)cos(x)}{sin^2(x)} cdot tg(x) +frac{u(x)}{sin(x)} =cos^2(x)$

$frac{u'(x)}{cos(x)} -frac{u(x)}{sin(x)} +frac{u(x)}{sin(x)} =cos^2(x)$

$frac{u'(x)}{cos(x)} =cos^2(x)$

                                   u'(x) = cos³(x)

                                   du = cos³(x)dx

Интегрируем обе части уравнения

                       $intlimits {du} = intlimits {cos^3(x)} , dx$

                    $u = intlimits {cos^2(x)} , d(sin(x))=intlimits {(1-sin^2(x))} , d(sin(x))=sin(x)-frac{1}{3}sin^3(x)+C$

                            u(x) = sin(x) - sin³(x)/3 + C

Решение уравнения

$y=frac{sin(x)-frac{1}{3}sin^3(x)+C}{sin(x)}= 1 -frac{1}{3}sin^2(x)+frac{C}{sin(x)}$