Решить дифференциальное уравнение: y = xy' + \frac{y'}{ \ln(y')}
Решение: данное дифференциальное уравнение является частным случаем уравнения Лагранжа y = \phi(y')x + \psi(y'), при условии что \phi(y') = y'.
Это уравнение называется уравнением Клеро y = y'x + \psi(y')
Данное уравнение решается по следующему алгоритму:
1. Применяем замену y' = \frac{dy}{dx} = p => dy = pdx.
Подставляем замену в дифференциальное уравнение y = xy' + \frac{y'}{ \ln(y')} => y = xp + \frac{p}{ \ln(p)}
2. Дифференцируем уравнение:
dy = pdx + xdp + \frac{\ln(p) - \frac{p}{p}}{ \ln^2(p)}dp => dy = pdx + xdp + \frac{\ln(p) - 1}{ \ln^2(p)}dp =>
из пункта (1) учтем, что
dy = pdx, подставляем
pdx = pdx + xdp + \frac{\ln(p) - 1}{ \ln^2(p)}dp => 0 = xdp + \frac{\ln(p) - 1}{ \ln^2(p)}dp =>
выносим за скобки
dp (x + \frac{\ln(p) - 1}{ \ln^2(p)})dp = 0 =>
возможны два решения этого дифференциального уравнения
\begin{cases}dp = 0\\x + \frac{\ln(p) - 1}{ \ln^2(p)} = 0 \end{cases} => \begin{cases}p = C\\x = - \frac{\ln(p) - 1}{ \ln^2(p)} \end{cases}
получили, что
p является производной константой, т.е.
p = C.
3. Общее решение уравнения Клеро:
Общим решением уравнения Клеро является семейство прямых, запишем его: согласно п.2 параметр p=C. Подставляем значение параметра в уравнение y = xp + \frac{p}{ \ln(p)}, получаем y = xC + \frac{C}{ \ln(C)}
где
C - произвольная постоянная. Согласно ОДЗ дроби и логарифма
C > 0; \quad C \ne 1 =>
C \in (0;1) \cup (1; +\infty)
4. Особое решение уравнения Клеро:
особым решением уравнения Клеро является кривая при значении x = - \frac{\ln(p) - 1}{ \ln^2(p)}, запишем его \begin{cases}y = xp + \frac{p}{ \ln(p)}\\x = - \frac{\ln(p) - 1}{ \ln^2(p)} \end{cases} => \begin{cases}y = \frac{p}{ \ln^2(p)} \\x = - \frac{\ln(p) - 1}{ \ln^2(p)} \end{cases}
Ответ: общим решением уравнения Клеро будет семья прямых y = xC + \frac{C}{ \ln(C)}, где C - произвольная постоянная C \in (0;1) \cup (1; +\infty).
особым решением уравнения Клеро является кривая, которая огибает семью прямых общего решения \begin{cases}y = \frac{p}{ \ln^2(p)} \\x = - \frac{\ln(p) - 1}{ \ln^2(p)} \end{cases}