4. Однородные уравнения
Определение. Дифференциальное уравнение первого порядка называется однородным, если его можно записать в виде
где правая часть есть функция только от отношения переменных
Например, уравнения
— однородные уравнения.
Уравнение
— также однородное, так как деля числитель и знаменатель правой части на
получим
В частности, уравнение, записанное в виде
, будет однородным, если
есть отношение двух однородных многочленов одной и той же степени
В однородном уравнении (16) переменные, вообще говоря, не разделяются. Однако оно легко может быть преобразовано в уравнение с разделяющимися переменными.
С этой целью введем новую функцию
, положив
Дифференцируя (17), находим
Подставляя выражения (17) и (18) в уравнение (16), придадим ему вид
В полученном уравнении переменные разделяются. Действительно,
и предполагая, что
, получим
Выполняя интегрирование, получим
Найдя интеграл в правой части (19) и возвращаясь к первоначальному переменному у, получим общее решение однородного уравнения (16).
Пример. Проинтегрировать уравнение
Решение. Запишем уравнение в виде
Делая подстановку
получаем
В полученном уравнении переменные разделяются:
Интегрируя, имеем
откуда
Положим
тогда
. Возвращаясь к функции у, получим