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
u = y
----
x
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
du
-----
u3
- du
-----
u
= dx
-----
x
sono tutti integrali immediati ed otteniamo
-1
-----
2u2
- log u = log x + c
Mettiamo la costante come logaritmo c=log k
-1
-----
2u2
- log u = log x + log k
-1
-----
2u2
= log u +log x + log k
usando la proprieta' del logaritmo di un prodotto
-1
-----
2u2
= log (kux)
Ora metto y/x al posto di u
-x2
-----
2y2
= log (ky)
Quindi l'integrale generale e'
-x2
-----
2y2
= log (ky)

Pagina iniziale Indice di algebra Pagina successiva Pagina precedente