называется уравнением в полных дифференциалах, если левая часть есть дифференциал некоторой функции
и в этом случае легко интегрируется:
Полученное соотношение определяет у как неявную функцию х.
Пример 15. Уравнение
есть уравнение в полных дифференциалах:
так что все его решения даются формулой
, где С — произвольная постоянная. При
интегральные кривые — гиперболы, при
имеем
. Через точки оси у (кроме точки
не проходит ни одной интегральной кривой, так что в этих точках должны нарушаться условия теоремы существования и единственности. Действительно, правая часть уравнения
обращается в бесконечность при
.
Теорема. Пусть функции
непрерывно дифференцируемы в области
Для того чтобы уравнение (17) было уравнением в полных дифференциалах, необходимо, чтобы выполнялось условие
Если область
— односвязная, то условие (19) является достаточным.
Доказательство. Пусть (17) есть уравнение в полных дифференциалах, тогда из (18) находим
Дифференцируя первое из этих соотношений по у, второе — по х, получаем (19). Пусть
— односвязная область и условие (19) выполнено. Рассмотрим интеграл
который, берется по кривой у, лежащей в
и соединяющей точки
; точка
фиксирована.
Из теоремы о независимости интеграла от пути интегрирования следует, что интеграл (20) не зависит от а есть функция только от верхнего предела интегрирования
Обозначим полученную функцию
тогда всюду в области
выполняется (18).
Пример 16. Решим уравнение
В данном случае
и проверка показывает, что
Следовательно, существует функция
такая, что
— Найдем функцию
Имеем
где
— неизвестная функция, так что
Мы не добавляем произвольной постоянной интегрирования С, так как функцию
достаточно знать с точностью до постоянной. Найдем
Имеем
и семейство решений задается неявным уравнением
Пример 17. Решим уравнение
Проверка показывает, что
так что левая часть уравнения равна
Имеем
откуда находим, что
Следовательно,
семейство решений задается уравнением
или
где С — произвольная постоянная. Отметим, что интегральными кривыми являются не прямые
а лучи:
К этому семейству следует добавить два луча, образующие ось х:
(см. замечание 1).