먼저 혼자 풀어 보고, 풀이로 확인한 다음, 아래 「한 번 더」 문제로 이어서 연습하세요.
CLP-2 · 2.4절 · 21번대학 수준우리말 번역
다음 초깃값 문제를 푸세요:
dxdy=(x2+x)y1y(1)=2
영어 원문 보기
Solve the following initial value problem:
dxdy=(x2+x)y1y(1)=2
정답·풀이 보기
이것은 변수분리형 미분방정식이다.
dxdyydy부분분수분해를이용하면x(x+1)1=x1−x+11임을알수있다.ydy∫ydy2y2초기조건y(1)=2 를만족하려면C를다음이성립하도록택해야한다.2222C따라서,2y2y2문제에서y(1)=2 를초기조건으로주었으므로항상x≥1 이다. 그러면x+1x는양수이므로절댓값기호를없앨수있다.y2이제y(x)는위오른쪽변의양의제곱근또는음의제곱근, 두가지가가능하다. y(1)=2 가양수이므로양의제곱근을택해야한다.y(x)=(x2+x)y1=x(x+1)dx=(x1−x+11)dx=∫(x1−x+11)dx=log∣x∣−log∣x+1∣+C=logx+1x+C=log1+11+C=log21+C=2−log21=logx+1x+2−log21=2logx+1x+4−2log21=2logx+1x+4−2log21=2(logx+1x−log21+2)=4+2logx+12x
어떤 x>1 에서 y(x) 가 0 을 지나 부호가 바뀔 수도 있지 않을까 걱정할 수 있다. 그러나 미분방정식에 따르면 y>0 이고 x≥1 일 때마다 dxdy=(x2+x)y1 는 양수이다. 따라서 y>0 이고 x≥1 인 동안 y(x) 는 증가함수이다.
y(1)=2 이므로 모든 x≥1 에 대해 y(x)≥2 이다.
원본 교재 풀이(영어)
This is a separable differential equation.
dxdyydyUsing partial fractions decomposition, we find x(x+1)1=x1−x+11.ydy∫ydy2y2To satisfy the initial condition y(1)=2 we must choose C to obey2222CSo,2y2y2Note that the question specifies that y(1)=2 is an initial condition. So we always have x≥1. Then x+1x is positive, and we can drop the absolute values.y2This leaves two options for y(x): the positive or negative square root of the right hand side above. Since y(1)=2, which is positive, we must choose the positive square root.y(x)=(x2+x)y1=x(x+1)dx=(x1−x+11)dx=∫(x1−x+11)dx=log∣x∣−log∣x+1∣+C=logx+1x+C=log1+11+C=log21+C=2−log21=logx+1x+2−log21=2logx+1x+4−2log21=2logx+1x+4−2log21=2(logx+1x−log21+2)=4+2logx+12x
You might worry that y(x) could pass through zero, changing sign, at some
x>1. But the differential equation says that dxdy=(x2+x)y1
is positive whenever y>0 and x≥1. So y(x) is an increasing function whenever y>0 and x≥1.
As y(1)=2, we have y(x)≥2 for all x≥1.
한 번 더 — 비슷한 문제CLP-2 · 2.4절 · 19번우리말 번역
초깃값 문제를 푸세요.
xdxdy+y=y2y(1)=−1
답 쓰고 채점
다 풀었으면 정답 확인
이 미분방정식은 그렇게 보이지 않더라도 변수분리형이다.
먼저 좌변의 y를 우변으로 옮긴다.