• ベストアンサー

微分方程式の解法について…

X^2(y")+(y')^2=0 初期条件がX=1において、y=0,y'=1 この問題の解法に苦戦しております。 解析学の基礎レベルなのかもしれませんが、限りなく初心者に近いためシビアです。初期条件を用いるとまずそれぞれ値を代入してy"+1=0を解けばよいのでしょうが(?)、先に進みません。参考にさせていただきたいので是非とも教えていただきたいです。

質問者が選んだベストアンサー

  • ベストアンサー
回答No.1

>初期条件を用いるとまずそれぞれ値を代入してy"+1=0を解けばよいのでしょうが(?) すると初期条件のx=1におけるy''(x)の値が求まるだけで方程式の解法にはなりません。 z=y’とおいてzの微分方程式にすれば次数が減り、変数分離で解けるようです。

biuanum
質問者

お礼

ありがとうございました。これより先の変数分離以降は手を動かして解いてみました。確かにスムーズに解答に至りますね。演習不足を痛感しましたので、典型問題ばかりでなく、さまざまなパターンのものをこなしていこうと思いました。

その他の回答 (1)

noname#21219
noname#21219
回答No.2

y'=vとおきます。 x^2v'+v^2=0⇒x^2(dv/dx)+v^2=0 ⇒x^2(dv/dx)=-v^2⇒dv/v^2=-dx/x^2 これを両辺積分します。 -1/v=1/x+C C:積分定数 x=1において、y'=v=1より C=-2 ∴-1/v=1/x-2 ⇔-v=x/(1-2x)⇔-dy/dx=x/(1-2x) これを積分すると -y=∫-1/2+1/2(1-2x)dx=-x/2-1/4log|1-2x|+D 初期条件より、0=-1/2+D ∴y=x/2+(1/4)log|1-2x|-1/2

biuanum
質問者

お礼

ありがとうございました。大いに参考になりました。確かにy'=uみたく置換すれば変数分離形が可能で解けるというのがよく分かりました。学部生の間にもっと演習を積んで克服していきたいと思います。

関連するQ&A

  • 微分方程式の解法

    この数日間、色々試してみたのですが、途中でつまづいてしまいました…。分かる方がいたら、是非教えてください。 (1)x^2-y^2+2xy*dy/dx=0 [初期条件x=1,y=2]  以下、私がつまづいたところまで解いてみます。  1-y^2/x^2+2y/x*dy/dx=0 u=y/x,y=uxとすると、dy/dx=u+xdu/dx 1-u^2+2u(u+xdu/dx)=0 1+u^2+2ux*du/dx=0 2ux*du/dx=-u^2-1 2uxdu=(-u^2-1)dx 2u/(-u^2-1)*du=1/x*dx -∫2u/(u^2+1)*du=∫1/x*dx  -log【u^2+1】=log【x】+C ※【 】は絶対値です。  log【u^2+1】+log【x】=-C log【u^2+1】*【x】=-C  log【u^2+1】*【x】=loge^-C 【u^2+1】*【x】=e^-C  (u^2+1)x=±e^-C  b=±e^-Cとすると  (u^2+1)x=b (y^2/x^2+1)x=b ここで、初期条件x=1,y=2を代入すると  b=5  (y^2/x^2+1)x=5 y^2+x^2=5x …なぜかここで詰まりました。    最後はy=…の形にするんですよね?  この後はどうしたらよいのでしょうか?  あるいは、途中で間違っているのでしょうか?   (2)x*dy/dx+y=y^2logx [初期条件x=1,y-1/2] dy/dx+y/x=y^2/x*logx dy/dx=y/x*ylogx-1) dx/y=dx/x*(ylogx-1) ∫1/y*dy=∫1/x*(ylogx-1)dx log【y】= … xとyが分けきれてない…。    …と、ここで詰まってしまいました。    ヒントだけでも結構ですので、分かる方がいたら、是非教えてください。長々と失礼しました。

  • 微分方程式の数値解法

    2階の微分方程式で、 例えば、初期条件が、y(0)=0、y(1)=0のような 「globalな」ものだった場合って、どのように数値的にとけばよいのでしょう? 普通、数値解法って、y(0)=0、y'(1)=0のような 局所的に折れ線をつなげていくじゃないですか・・・? 質問の場合には、その解法だと恐ろしく面倒ですよね。

  • 微分方程式の解法を教えてください.

    微分方程式 (d2y/dx2)-A*x^(-1/2)*y^(1/2)=0 つまり y''-A*(y/x)^(1/2)=0 (Aは定数,yはxの関数) の解法を教えていただけますか. yをxの式で表したいと考えています. より実際の例に近い問題としては,球体の拡散で d2c/dr2+2/r*dc/dr=(k/D)c^(1/2) (kは定数,Dは拡散係数,cは濃度,rは半径方向) cの半径方向の濃度分布を表したいと考えています. 左辺が球体の拡散項,右辺は濃度の1/2乗に比例です. 初期条件は, r=0においてdc/dr=0 r=R(球の一番外側)においてc=ある濃度(既知)な定数 です. よろしくお願いします.

  • 微分方程式の解法

    (1)(d^2x)/(dt^2)=b  条件:t=0、x=0、dx/dt=0 (2)(d^2x)/(dt^2)+a(dx)/(dt)=b  条件:(1)と同じ (3)(dy)/(dt)+ay^2=b  ただし、a>0、b>0  条件:t=0、y=0 の解法を教えて下さい。

  • 微分方程式

    dy/dx+2y=4cos2x (初期条件 x=0,y=0) この微分方程式を解きたいのですが、自力では無理です。。。 解法を教えてくれませんか? 大学のレポートなんです。

  • この方程式の解法を教えてください

    この方程式の解法を教えてください 「aは実数の定数とし, x^4-ax^3+(a+7)x^2-ax+1=0・・・・(1) t=x+1/x・・・・(2)とする 方程式(1)が2重解を持つとき,aの値を全て求めなさい.」 という問題がわかりません. x≠0であることに注意して,(1)の式を変形して(2)を代入すると t^2-at+a+5=0・・・・(3) また(2)の式を変形させるとx^2-tx+1=0・・・・(4) 僕は(1)の式が2重解をもつのは(4)の判別式が0になるときなので t=±2を(3)に代入してa=9,-3だと思いました. しかし,答えにはさらに2±2√6((3)が重解を持つとき)とありました. (1)が重解を持つときなぜ(3)も重解を持つのですか?

  • 指数関数方程式の解法

    指数関数の解法についてですが、超越関数に代数的な解法は無いと 習いましたが、数値代入等である程度あたりがつけられるものに関しては、 何か汎用的な解法があるのかと思い、質問させて頂いています。 例えば、 2^x = 3x-1   (解)x = 1, 3 3^x = 6x-3   (解)x = 1, 2 4^x = 12x-8   (解)x = 1, 2 と言った問題ですが、何か良い解法を御存知であれば御教授下さい。 因みに、コンピューターを使った数値解析法とかではなく、筆記によって 数分で解く事の出来る様な解法が対象です。

  • 微分方程式の微分演算子による解法

    来月上旬に大学院入試を受けるので、それに向けて現在勉強中です。 微分方程式で分からない問題があったので教えてください。 特に微分演算子を用いた解法に従って解く方法を教えていただければと思います。 (それ以外の解き方も参考になるので教えていただけたら助かります。) 問題は (1) (D^4+2D^2+1)y=x*sin(x) (2) y'''-2y'+4y=(e^x)*cos(x) Dy=y'=dy/dxです。 私の持っている本では、定係数非同次線形常微分方程式をΦ(D)y=f(x)と表したときに、Φ(D)が既約実2次式を持つ場合、非同次項f(x)が ・多項式 ・e^(ax) ・cos(ax) ・sin(ax) の場合のみについて解説してあり、上記のような項についての計算がわからなかったので質問させていただきました。

  • 微分方程式の解法

    d^2y/dx^2+2*x*dy/dx=0 境界条件 x=0: y=1、x→∞: y→0 この2階の微分方程式を解けという問題ができません。 dy/dx=z と置いて、1階の微分方程式にして解こうとしたのですが、exp(-x^2)が出てきてしまいました。これは確率積分みたいに積分できるのでしょうか。 回答よろしくお願いします。

  • 微分方程式、初期値で微分すると?

    u=u(x,y), v=v(x,y)は(x,y)∈R^2のC^1級関数とし、 (ξ、η)∈R^2を初期値とする初期値問題        dx/dt=u(x,y), x(0)=ξ        dy/dt=v(x,y), y(0)=η の解を x=x(t;ξ,η), y=y(t;ξ,η) とする。 ∂x/∂ξ|[t=0]=1、 ∂/∂t(∂x/∂ξ)|[t=0]=∂u/∂x(ξ,η) を示せ。 って問題なんですけど、初期値(ξ)で偏微分?何のことか全然わかりません。xにt=0代入してからξで微分すれば1にはなりますけどそんなことしたらだめですよね? 助けてください。