おき換えを利用して解く微分方程式(B)
★★★☆☆☆☆(共通テスト) / 作成者: shonan / 2026/10/26
🔁 類題: おき換えを利用して解く微分方程式(A) (★★★☆☆☆☆(共通テスト))
問題
微分方程式 $\dfrac{dy}{dx}=1+\dfrac{y}{x}\ (x>0)$ を,$u=\dfrac{y}{x}$ とおき換えることにより,$x=1$ のとき $y=2$ という条件のもとで解け.ただし,対数は自然対数とする.
$y=ux$ より $\dfrac{dy}{dx}=u+x\dfrac{du}{dx}$.方程式に代入して
\[ u+x\frac{du}{dx}=1+u\quad\text{すなわち}\quad\frac{du}{dx}=\frac{1}{x} \]
両辺を $x$ で積分すると,$x>0$ であるから $u=\log x+C$($C$ は任意の定数).$x=1$ のとき $u=\dfrac{2}{1}=2$ より $C=2$
したがって $y=ux=x\log x+2x$
(確かめ:$y'=\log x+1+2=\log x+3$,$1+\dfrac{y}{x}=1+\log x+2$ で一致する.)
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