変数分離形の微分方程式(A)
★★☆☆☆☆☆(章末問題) / 作成者: shonan / 2026/10/26
🔁 類題: 変数分離形の微分方程式(B) (★★☆☆☆☆☆(章末問題))
問題
次の微分方程式を,与えられた条件のもとで解け.
\begin{enumerate}
\item[(1)] $\dfrac{dy}{dx}=2xy$,\quad $x=0$ のとき $y=1$
\item[(2)] $\dfrac{dy}{dx}=y^2$,\quad $x=0$ のとき $y=1$
\end{enumerate}
変数分離形 $\dfrac{1}{g(y)}\dfrac{dy}{dx}=f(x)$ として両辺を $x$ で積分する.
(1) 定数関数 $y=0$ は方程式を満たすが,$x=0$ のとき $y=1$ を満たさない.
$y\neq 0$ のとき $\dfrac{1}{y}\dfrac{dy}{dx}=2x$ より $\displaystyle\int\frac{dy}{y}=\int 2x\,dx$
\[ \log|y|=x^2+C\quad\text{すなわち}\quad y=Ae^{x^2}\ (A=\pm e^C) \]
ただし,$C$ は任意の定数である.
$x=0$ のとき $y=1$ より $A=1$.よって $y=e^{x^2}$
(2) 定数関数 $y=0$ は方程式を満たすが,$x=0$ のとき $y=1$ を満たさない.
$y\neq 0$ のとき $\dfrac{1}{y^2}\dfrac{dy}{dx}=1$ より $\displaystyle\int\frac{dy}{y^2}=\int dx$
よって $-\dfrac{1}{y}=x+C$($C$ は任意の定数)
$x=0$ のとき $y=1$ より $C=-1$.よって $-\dfrac{1}{y}=x-1$ すなわち $y=\dfrac{1}{1-x}$
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