Analisi matematica/Equazioni riducibili lineari

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Equazione di Bernoulli

Forma tipica: −dydx+a(x)y=b(x)yn.

Si pone :  z=y1−n, onde  z′=(1−n)y−ny′ e ponendo in questa l'espressione di y' si

ha l'equazione:

 11−ndzdx+az=b, che è lineare in z.

Esempio

dydx+2xy=y3x3

Si pone:  z=y−2,z′=−2y−3y′ e l'equazione diventa:

 dzdx=4x−2x3,

che risolta da:  z=13x2+Cx4ovvero:1y2=1x2+Cx4.

Equazione di Riccati

Forma tipica: −dydx+ay2+by+C=0.

Essendo a, b, e C funzioni date di x:

Se si conosce un integrale particolare y_1, ponendo

 y=y1+z

Essa si trasforma in una equazione di Bernoulli.

Esempio

dydx−xy2+2x2y−x3−1=0.

Questa equazione ammette l'integrale particolare;  y1=x, per cui ponendo:  y=x+z l'equazione diventa:  dxdx=xz2 che si integra subito separando levariabili e si trova:

 z=−1x22+C pere cui l'integrale generale della data è:

 y=x−2x2+2C=x3+2Cx−2x2+2C.

Se si pone :  y=y1+1z, l'equazione data si trasforma in una equazione lineare.

Equazione di Lagrange

Forma tipica: −y=α(y′)x+β(y′).

Si derivano i due membri rispetto a xe si pone:  y′=t, onde l'equazione diventa:

 [t−α(t)]dxdt=α′(t)x+β′(t),

Ovvero: −dxdt=α′(tt−α(t)x+β′(t)t−α(t)[se t=α(t)],

che è lineare nell'incognita  x=x(t).

L'integrale generale si trova così in forma parametrica:

 {xφ(t,C)yα(t)φ(t,C)+β(t)

Se in particolare:  α(y′)=y′ l'equazione si dice di Clairaut.

Esempio

1) Si risolva l'equazione di Lagrange:

 y=xy'2+y'

Derivando e ponendo poi  y'=t si ha l'equazione lineare nell'incognita x:

 dxdt+2xt−1=−tt(t−1)

Procedendo ora come è stato indicato nelle Equazioni lineari si trova

 x=−t+log t+C1(t−1)2

Quindi l'integrale generale dell'equazione data in forma parametrica è:

 −t+log t+C1(t−1)2y=t[t log t+(C1−2)t+1](t−1)2

2) Si risolva l'equazione di Clairaut:

 y=xy'+y'2.

Derivando e ponendo  y'=t si trova:

 dtdx(x+2t)=0.

L'equazione:  dtdx=0 fornisce l'integrale generale, poiché:  t=C,y'=C,y=Cx+C1 che confrontata con la data diventa:  y=Cx+C2.

L'altra equazione:  x+2t=0 da l'integrale singolare che è:  y'=−x2 da cui  y=−x24, equazione che si può pure ottenere come curva inviluppo della famiglia costituita dall'integrale generale.

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