Esimerkit : Eksaktius ja integroiva tekijä

Eksakti differentiaaliyhtälö

Differentiaaliyhtälön (3x2 + 6xy2) + (6x2y + 4y3)y' = 0 kerroinfunktioille P (x, y) = 3x2 + 6xy2 ja Q(x, y) = 6x2y + 4y3 pätee

@P
----
 @y = 12xy = @Q
----
 @x,

ja yhtälö on siis eksakti.

Tällöin sillä on muotoa F (x, y) = C oleva ratkaisu, missä

@F-
@x = P (x, y) = 3x2 + 6xy2  ja  @F--
@y = Q(x, y) = 6x2y + 4y3.

Eksakti yhtälö ratkaistaan integroimalla aluksi jompikumpi näistä yhtälöistä. Jos edellinen integroidaan muuttujan x suhteen, saadaan

F (x, y) = x3 + 3x2y2 + f(y).

Tässä oleva integroimisvakio f(y) voi riippua muuttujasta y.

Funktio f(y) saadaan määritetyksi jälkimmäisen ehdon perusteella:

@F--
@y = Q(x, y)  eli  6x2y + f'(y) = 6x2y + 4y3,

jolloin f' (y) = 4y3 ja siis f(y) = y4.

Differentiaaliyhtälön yleinen ratkaisu on tällöin

x3 + 3x2y2 + y4 = C.

Funktion f lausekkeessa voisi periaatteessa esiintyä myös integroimisvakio, mutta tämä on merkityksetön, koska sen voidaan katsoa sisältyvän yleisen ratkaisun vakioon C.


Ratkaiseminen: differentiaaliyhtälön eksaktius

SKK 15.5.2001