微分方程式2(Clairaut型)

数学

問題

\(y’ = p\)として

$$y = xp + \sqrt{1+p^2}$$

解法

一般的な解法は

両辺を\(x\)で微分すると

$$p = p + xp’ + \frac{pp’}{\sqrt{1+p^2}}$$

$$p’ \left( x + \frac{p}{\sqrt{1+p^2}} \right) = 0$$

となる。

一般解

\(p’ = 0 \)より\(p = c ({\rm const}) \)となる。これを微分方程式に代入すると

$$y = cx + \sqrt{1+c^2}$$

となる。

特異解

$$ x + \frac{p}{\sqrt{1+p^2}} = 0$$

より、

$$ {\sqrt{1+p^2}} = -\frac{p}{x}$$

となる。これを元の微分方程式に代入すると

$$y = px -\frac{p}{x} $$

$$p =\frac{xy}{x^2-1} $$

となる。したがって

$$x^2 + y^2 = 1$$

となる。

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