как понять что уравнение однородное
Как понять что уравнение однородное
Однородное дифференциальное уравнение можно решить с помощью подстановки \(y = ux,\) которая преобразует однородное уравнение в уравнение с разделяющимися переменными.
Дифференциальное уравнение вида \[\left( <
Нетрудно заметить, что многочлены \(P\left(
Интегрируем последнее выражение: \[\int
Возвращаясь к старой переменной \(y,\) можно записать: \[y = ux = x\left( <2\ln \left| x \right| + C>\right).\] Таким образом, уравнение имеет два решения: \[y = x\left( <2\ln \left| x \right| + C>\right),\;\;x = 0.\]
Заметим, что корень \(x = 0\) не принадлежит области определения заданного дифференциального уравнения. Перепишем уравнение в следующей форме: \[y’ = \frac
Здесь мы снова встречаемся с однородным уравнением. В самом деле, запишем его в виде: \[
Линейные однородные дифференциальные уравнения и линейные неоднородные дифференциальные уравнения 2-го порядка
Линейные однородные дифференциальные уравнения (ЛОДУ) 
и линейные неоднородные дифференциальные уравнения (ЛНДУ) второго порядка 
.
Частным случаем дифференциальных уравнений (ДУ) такого типа называют линейные однородные дифференциальные уравнения и линейные неоднородные дифференциальные уравнения с постоянными коэффициентами.
Общее решение линейного однородного дифференциального уравнения на отрезке [a;b] представляет собой линейную комбинацию 2х линейно независимых частных решений y1 и y2 нашего уравнения, т.е.:
.
Самое сложное заключается в определении линейно независимых частных решений ДУ такого типа. Зачастую, частные решения выбирают из таких систем линейно независимых функций:
Но достаточно редко частные решения представляются именно так.
Примером линейного однородного дифференциального уравнения можно назвать 
.
Общее решение линейного неоднородного дифференциального уравнения определяется как 
,
где y0 является общим решением соответствующего линейного однородного дифференциального уравнения,
а 
является частным решением исходного ДУ. Метод определения y0 мы сейчас обсудили, а вычисляют, используя метод вариации произвольных постоянных.
Как пример линейного неоднородного дифференциального уравнения приводим 
.
Познакомиться ближе с теорией и просмотреть примеры решений можете здесь: Линейные дифференциальные уравнения второго порядка.
Как определить однородное уравнение
Дифференциальное уравнение 1-го порядка P(x;y)dx+Q(x;y)dy=0 называется однородным, если P(x;y) и Q(x;y) — однородные функции одинакового измерения, то есть
Как определить, что дифференциальное уравнение — однородное? На практике проверку уравнения на однородность проводят следующим образом: вместо каждого x подставляют λx, вместо каждого y — λy. При этом y’, dx и dy не трогают. После этого упрощают уравнение. Если после упрощения удается сократить на λ (или n- ю степень λ) и получить исходное уравнение, то это и означает, что данное уравнение является однородным уравнением 1-го порядка.
Другая форма записи: y’=f(x;y). Это уравнение является однородным, если функция f(x;y) является однородной функцией нулевого порядка. Это означает, что f(λx;λy)=f(x;y).
Подставляем вместо каждого x λx, вместо каждого y — λy:
Выносим лямбда в квадрате за скобки и сокращаем на него:
Пришли к исходному уравнению, а это значит, что данное уравнение — однородное.
2) (x-y)ydx-x²dy=0.
Подставляем вместо каждого x λx, вместо каждого y — λy: (λx-λy)λydx-(λx)²dy=0. Теперь выносим общий множитель λ² за скобки: λ²((x-y)ydx-x²dy)=0. Делим обе части уравнения на λ²:
(x-y)ydx-x²dy=0. Пришли к исходному уравнению, значит, это уравнение — однородное. (Здесь P(x;y) и Q(x;y) — однородные функции 2й степени).
Наличие дроби y/x уже косвенно указывает на то, что уравнение может быть однородным. Проверим, так ли это:
После сокращения на λ получаем исходное уравнение:
а это значит, что данное уравнение является однородным.
Подставляем вместо каждого x λx, вместо каждого y — λy:
Делим обе части уравнения на лямбда в 4й степени:
Получили исходное уравнение, а значит, оно является однородным. (Здесь P(x;y) и Q(x;y) — однородные функции 4й степени).