2014年考研数二第16题解析:一阶线性微分方程求极值、求导

题目

已知函数 y=y(x) 满足微分方程 x2+y2y=1y, 且 y(2)=0, 求 y=y(x) 的极大值与极小值.

解析

x2+y2y=1y

x2+y2dydx=1dydx

y2dydx+dydx=1x2

(y2+1)dydx=1x2

(y2+1)dy=(1x2)dx

(y2+1)dy=(1x2)dx

13y3+y=x13x3+C.

y(2)=0, 即 x=2 时,y=0 代入上式,可得:

0=283+C

23+C=0

C=23.

因此,函数 y=y(x) 可表示为:

13y3+y=x13x3+23.

对上式中的自变量 x 求导,可得:

y2y+y=1x2

(y2+1)y=1x2

y=1x21+y2

y=2x(1+y2)2yy(1x2)(1+y2)2.

若令 y=0, 则:

1x2=0

x=±1.

x=1 带入 13y3+y= x13x3+23, 可得:

13y3(1)+y(1)=113+23

13y3(1)+y(1)=43

y(1)=1.

x=1 带入 13y3+y= x13x3+23, 可得:

13y3(1)+y(1)=1+13+23

13y3(1)+y(1)=0

y(1)=0.

接着,将 x=1, y(1)=1 带入 y= 2x(1+y2)2yy(1x2)(1+y2)2, 可得:

y(1)=2(1+1)0(1+1)2

y(1)=44=1<0.

因此,当 x=1 时,y=y(x) 取得极大值,极大值为 y(1)=1.

同样的,将 x=1, y(1)=0 带入 y= 2x(1+y2)2yy(1x2)(1+y2)2, 可得:

y(1)=2(1+0)12

y(1)=2>0

因此,当 x=1 时,y=y(x) 取得极小值,极小值为 y(1)=0.


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