กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 3 นาที

สมการเชิงอนุพันธ์ทวินาม

ในทางคณิตศาสตร์สมการเชิงอนุพันธ์ทวินามคือสมการเชิงอนุพันธ์สามัญในรูปแบบ(y′)ม=เอฟ(x,y),{\displaystyle \left(y'\right)^{m}=f(x,y),}ที่ไหนม{\displaystyle...

สมการเชิงอนุพันธ์ทวินาม

ในทางคณิตศาสตร์สมการเชิงอนุพันธ์ทวินามคือสมการเชิงอนุพันธ์สามัญในรูปแบบ(y)=เอฟ(x,y),{\displaystyle \left(y'\right)^{m}=f(x,y),}ที่ไหน{\displaystyle m}เป็นจำนวนธรรมชาติและเอฟ(x,y){\displaystyle f(x,y)}เป็นพหุนามที่เป็นฟังก์ชันวิเคราะห์ในตัวแปรทั้งสอง[ 1 ] [ 2 ]

สารละลาย

อนุญาตพี(x,y)=(x+y)เค{\displaystyle P(x,y)=(x+y)^{k}}เป็นพหุนามสองตัวแปรอันดับเค{\displaystyle k}, ที่ไหนเค{\displaystyle k}เป็นจำนวนธรรมชาติโดยใช้สูตรทวินาม

พี(x,y)=เจ=0เค(เคเจ)xเจyเคเจ{\displaystyle P(x,y)=\sum \limits _{j=0}^{k}{{\binom {k}{j}}x^{j}y^{kj}}}.

สมการเชิงอนุพันธ์ทวินามกลายเป็น(y)=(x+y)เค{\textstyle (y')^{m}=(x+y)^{k}}การแทนที่วี=x+y{\displaystyle v=x+y}และอนุพันธ์ของมันวี=1+y{\displaystyle v'=1+y'}ให้(วี1)=วีเค{\textstyle (v'-1)^{m}=v^{k}}ซึ่งสามารถเขียนได้วีx=1+วีเค{\textstyle {\tfrac {dv}{dx}}=1+v^{\tfrac {k}{m}}}ซึ่งเป็นสม การเชิงอนุพันธ์สามัญแบบแยก ตัวแปรได้การแก้สมการจะได้

วีx=1+วีเควี1+วีเค=xวี1+วีเค=x+ซี{\displaystyle {\begin{array}{lrl}&{\frac {dv}{dx}}&=1+v^{\tfrac {k}{m}}\\\Rightarrow &{\frac {dv}{1+v^{\tfrac {k}{m}}}}&=dx\\\Rightarrow &\int {\frac {dv}{1+v^{\tfrac {k}{m}}}}&=x+C\end{array}}}

กรณีพิเศษ

  • ถ้า=เค{\displaystyle m=k}ซึ่งทำให้ได้สมการเชิงอนุพันธ์วี1=วี{\displaystyle v'-1=v}และคำตอบคือy(x)=ซีอีxx1{\displaystyle y\left(x\right)=Ce^{x}-x-1}, ที่ไหนซี{\displaystyle C}เป็นค่าคงที่
  • ถ้า|เค{\displaystyle m|k}(นั่นคือ{\displaystyle m}เป็นตัวหารของเค{\displaystyle k}) ดังนั้นคำตอบจึงมีรูปแบบดังนี้วี1+วีn=x+ซี{\textstyle \int {\frac {dv}{1+v^{n}}}=x+C}ในหนังสือตารางของGradshteyn และ Ryzhikรูปแบบนี้สามารถแยกย่อยได้ดังนี้:
วี1+วีn={2nฉัน=0n21พีฉันคอส(2ฉัน+1nπ)+2nฉัน=0n21คิวฉันบาป(2ฉัน+1nπ),n:จำนวนเต็มคู่1nln(1+วี)2nฉัน=0n32พีฉันคอส(2ฉัน+1nπ)+2nฉัน=0n32คิวฉันบาป(2ฉัน+1nπ),n:จำนวนเต็มคี่{\displaystyle \int {\frac {dv}{1+v^{n}}}=\left\{{\begin{array}{ll}-{\frac {2}{n}}\sum \limits _{i=0}^{{\textstyle {n \over 2}}-1}{P_{i}\cos \left({{\frac {2i+1}{n}}\pi }\right)}+{\frac {2}{n}}\sum \limits _{i=0}^{{\tfrac {n}{2}}-1}{Q_{i}\sin \left({{\frac {2i+1}{n}}\pi }\right)},&n:{\text{จำนวนเต็มคู่}}\\\\{\frac {1}{n}}\ln \left({1+v}\right)-{\frac {2}{n}}\sum \limits _{i=0}^{\textstyle {{n-3} \over 2}}{P_{i}\cos \left({{\frac {2i+1}{n}}\pi }\right)}+{\frac {2}{n}}\sum \limits _{i=0}^{\tfrac {n-3}{2}}{Q_{i}\sin \left({{\frac {2i+1}{n}}\pi }\right)},&n:{\text{จำนวนเต็มคี่}}\\\end{array}}\right.}

ที่ไหน

พีฉัน=12ln(วี22วีคอส(2ฉัน+1nπ)+1)คิวฉัน=อาร์คตัน(วีคอส(2ฉัน+1nπ)บาป(2ฉัน+1nπ)){\displaystyle {\begin{aligned}P_{i}&={\frac {1}{2}}\ln \left({v^{2}-2v\cos \left({{\frac {2i+1}{n}}\pi }\right)+1}\right)\\Q_{i}&=\arctan \left({\frac {v-\cos \left({{\textstyle {{2i+1} \over n}}\pi }\right)}{\sin \left({{\textstyle {{2i+1} \over n}}\pi }\right)}}\right)\end{aligned}}}

ดูเพิ่มเติม

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ สมการเชิงอนุพันธ์ทวินาม

ในทางคณิตศาสตร์สมการเชิงอนุพันธ์ทวินามคือสมการเชิงอนุพันธ์สามัญในรูปแบบ(y′)ม=เอฟ(x,y),{\displaystyle \left(y'\right)^{m}=f(x,y),}ที่ไหนม{\displaystyle...

สารละลาย

อนุญาต พี ( x , y ) = ( x + y ) เค {\displaystyle P(x,y)=(x+y)^{k}} เป็น พหุนาม สองตัวแปรอันดับ เค {\displaystyle k} , ที่ไหน เค {\displaystyle k} เป็น จำนวนธรรมชาติ โดยใช้สูตร ทวินาม