Ми раніше показали, що однорідне ДР можна звести до вигляду: .(*) Метод розв’язання однорідних ДР: заміна , тут - нова невідома функція. Тоді
Після заміни отримаємо ДР з невідомою функцією : . Це буде рівняння з відокремлюваними змінними. Доведення. Підставимо вирази з таблички-заміни в (*):
-- змінні відокремлюються. Розв’язавши це рівняння, знайдемо загальний розв’язок . Потім вертаємось до початкової невідомої функції по табличці-заміні: . Приклад. -- змінні не відокремлюються. Перевіримо чи воно однорідне: , f – однорідна функція нульового степеня, то ДР – однорідне.
-- змінні відокремлюються
. Вернемось до функції у:
- загальний інтеграл початкового рівняння. Лінійне рівняння І-порядку (ІІІ тип) ДР І-го порядку називається лінійним, якщо воно лінійне відносно невідомої функції та її похідної. (1) - загальний вигляд лінійного ДР І-го порядку. Тут -- деякі функції від змінної х. (1) називають ще стандартним виглядом лінійного ДР І-го порядку. Якщо права частина , то називається це рівняння лінійне однорідне, інакше () – лінійне неоднорідне. Розглянемо спочатку лінійне однорідне рівняння (2) -- це рівняння з відокремлюваними змінними.
(3) - загальний розв’язок лінійного однорідного. Метод варіації довільної сталої для лінійного неоднорідного рівняння. Нехай потрібно розв’язати неоднорідне рівняння (1). Згідно з цим методом спочатку розв’язують відповідне однорідне рівняння (2). Нехай отримали його загальний розв’язок (3). Будемо шукати розв’язок рівняння (1) у такому вигляді (4) , тобто у загальному розв’язку лінійного однорідного рівняння вважаємо с не сталою, а новою невідомою функцією с(х). Підставимо (4) в (1):
-- рівняння з відокремлюваними змінними
Отже, загальний розв’язок неоднорідного лінійного рівняння можна подати у вигляді суми часткового розв’язку початкового неоднорідного рівняння (перший доданок (при с1=0)) та загального розв’язку відповідного однорідного рівняння (другий доданок). ІІ метод для неоднорідного лінійного рівняння – метод Бернуллі Заміна: , де - нові невідомі функції. Ми таким чином замінили одну невідому функцію на дві, для того щоб на деякому кроці вибрати одну з них так, як нам сподобається. . Зробимо заміну в стандартному вигляді лінійного рівняння (1):
Функцію v вибираємо так, щоб дужка перетворилася в 0, тоді рівняння буде зовсім простим: Спочатку розв’язуємо перше рівняння системи, щоб знайти функцію v. Це буде рівняння з відокремлюваними змінними (нам потрібно хоча б одну таку функцію, тому сталу с при розв’язуванні першого рівняння системи не будемо додавати). Потім знайдену функцію v підставляємо в друге рівняння системи, розв’язуючи яке, знаходимо функцію и. Воно теж буде з відокремлюваними змінними. Далі записуємо розв’язок початкового рівняння: y=u*v. Приклад. -- ДР ?-го пор., лінійне рівняння, неоднорідне. Але ще перевіримо чи воно належить до попередніх типів:
-- змінні не відокремлюються, не однорідне -- лінійне ДР в стандартному вигляді
? рівняння: - з відокремлюваними змінними
?? рівняння:
-- загальний розв’язок початкового рівняння. Перевірка:
Підставимо в початкове рівняння:
Отримали справді тотожність. Відповідь. -- загальний розв’язок початкового рівняння. Рівняння Бернуллі . (1) Це ?V тип, рівняння Бернуллі у стандартному вигляді. Його можна звести до лінійного рівняння таким способом: поділивши обидві частини рівняння на і помноживши на (1- n), отримаємо
. Отримали лінійне рівняння відносно функції . Але можна рівняння Бернуллі (1) зразу ж розв’язувати методом Бернуллі, тобто з допомогою заміни . Приклад. -- ДР ? пор. -- змінні не відокремлюються, неоднорідне -- рівняння Бернуллі (n=2) у стандартному вигляді.
І рівняння: - з відокремлюваними змінними
ІІ рівняння системи: скорочуємо -- змінні відокремлюються.
. Для інтегралу правої частини використаємо метод інтегрування частинами:
.
Зауваження. Інколи ДР потрібно переписати, вважаючи букву х - функцією, а букву у незалежною змінною, і тоді воно буде належати до ІІІ чи ?V типу. Для цього варто пам’ятати, що і що лінійне рівняння та рівняння Бернуллі відносно функції x(y) мають вигляд: , тобто x та y помінялись ролями. Приклад. -- ДР І-го пор. -- змінні не відокремлюються, неоднорідне. Не лінійне і не Бернуллі відносно функції . Перевернемо обидві частини рівняння: . Але -- лінійне відносно функції
І рівняння:
. ІІ рівняння:
.
-- загальний інтеграл початкового рівняння. Задача. Торговими установами розглядається продукція, про яку в момент часу t з числа потенційних покупців N знає лише x покупців. Після проведення рекламних оголошень швидкість зміни кількості покупців, що знають про продукцію, пропорційна як кількості покупців, які не знають про товар, так і кількості покупців, яким про нього нічого невідомо. Відомо, що в початковий момент часу про товар дізналося чоловік (час відраховується після рекламних оголошень), -- задане число (>1). Знайти закон зміни залежності від часу кількості x покупців, що знають про товар. Розв’язання. - кількість покупців, що знають про товар в момент часу t.
- швидкість зміни кількості покупців, що знають про товар. -- ДР І-го порядку з відокремлюваними змінними
- загальний інтеграл. Виразимо x і підставимо початкову умову.
-- загальний розв’язок. Підставимо знайдену сталу с: . Відповідь: ( k (k > 0)– коефіцієнт пропорційності, який можна було б знайти, якби було ще одне значення для х в деякий момент часу t ). Проаналізуємо відповідь: -- правильно -- спадна функція при , то x(t) – зростаюча функція при . При , тобто через нескінченно великий проміжок часу всі потенційні покупці дізнаються про товар.