Equazioni differenziali ordinarie del primo ordine omogenee
Diremo che un'equazione differenziale e' omogenea del primo ordine se e' del tipo
y' = |
P(x,y) ----------- Q(x,y) |
Con P(x,y) e Q(x,y) polinomi omogenei dello stesso grado
Un polinomio e' omogeneo se tutti i suoi monomi hanno lo stesso grado;
se un'equazione e' omogenea le sue soluzioni oltre le nulle sono del tipo y = kx con k costante
Per risolvere un'equazione di questo tipo consideriamo la variabile ausiliaria
e quindi lasceremo le x ed al posto delle y avremo:
y = ux
dy = xdu+udx
In questo modo l'equazione diventa a variabili separabili, separeremo le x dalle u ed integreremo; dopo risostituiremo alla u il valore y/x
Vediamolo su un esempio: risolvere l'equazione differenziale
y'(x2 - y2) = xy
con x2 - y20
scriviamola nella forma tipica
y' = |
xy ------------ x2 - y2 |
cioe'
dy ----- dx |
= |
xy ------------ x2 - y2 |
Ora sostituisco a y e dy la nuova variabile
xdu + udx --------------- dx |
= |
x ·ux -------------- x2 - u2x2 |
xdu + udx --------------- dx |
= |
ux2 -------------- x2(1 - u2) |
semplifico gli x2 dopo l'uguale
xdu + udx --------------- dx |
= |
u -------------- 1 - u2 |
Facciamo il minimo comune multiplo
(1 - u2)(xdu+udx) = u dx
calcolo
xdu + udx - u2xdu - u3dx = udx
elimino udx
xdu - u2xdu - u3dx = 0
Sposto il termine con dx dopo l'uguale
xdu - u2xdu - u3dx = 0
xdu - u2xdu = u3dx
raccolgo la xdu prima dell'uguale
xdu(1 - u2) = u3dx
separiamo le variabili: otteniamo
(1 - u2)du ----------- u3 |
= |
dx ------ x |
ora integriamo da entrambe le parti; prima dell'uguale separo i termini della somma
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du ----- u3
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- |
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du ----- u
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= |
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dx ----- x
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sono tutti integrali immediati ed otteniamo
-1 ----- 2u2
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- log u |
= |
log x + c
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Mettiamo la costante come logaritmo c=log k
-1 ----- 2u2
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- log u = log x + log k
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-1 ----- 2u2
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= log u +log x + log k
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usando la proprieta' del logaritmo di un prodotto
Ora metto y/x al posto di u
Quindi l'integrale generale e'
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