Riccati方程(微分方程)


形如:$$\frac{dy}{dx}=P(x)y^{2}+Q(x)y+R(x)$$

其中P(x)、Q(x)、R(x)是連續可微函數

或形如

$$\frac{dy}{dx}=ay^{2}+\frac{k}{x}y+\frac{c}{x^{m}}$$

其中a、k、c、m為常數

一般情況下,Riccati方程不能用初等積分方法求出它的通解,如果知道它的一個特解,就可以用初等積分方法求出通解

設Riccati方程一個特解$y^{*}=y_{1}$

令$$y=z+y_{1}$$

則Riccati方程轉化為

$$\frac{dz}{dx}=[2P(x)y_{1}+Q(x)]z+P(x)z^{2}$$

這是一個伯努利方程,可求出通解,再代入$y=z+y_{1}$即可

特解形式

如果一階微分方程形式如: $$\frac{dy}{dx}=\frac{f^{'}(x)}{g(x)}-\frac{g^{'}(x)}{f(x)}$$

特解為$y=-\frac{g^{'}(x)}{f(x)}$

例1$$x^{2}y^{'}=x^{2}y^{2}+xy+1$$

解:$$\frac{dy}{dx}=y^{2}+\frac{y}{x}+\frac{1}{x^{2}}$$

由上述特解形式知:$y_{1}=-\frac{1}{x}$是它一個特解

令$y=z-\frac{1}{x}$

代入原方程得到$$\frac{dz}{dx}=z-\frac{z}{x}$$

有解z=0,當$z≠0$時,

令$$u=z^{-1}$$

方程轉化為$$\frac{du}{dx}=\frac{u}{x}-1$$

解得通解為$$u=x(c-ln|x|)$$

所以原方程通解為:

$$y=-\frac{1}{x},y=-\frac{1}{x}+x(c-ln|x|)$$


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