题目
微分方程(dy)/(dx)=2y的通解 A. y=e^2x+CB. y=2x+CC. y=2CxD. y=Ce^2x
微分方程$\frac{dy}{dx}=2y$的通解
- A. $y=e^{2x}+C$
- B. $y=2x+C$
- C. $y=2Cx$
- D. $y=Ce^{2x}$
题目解答
答案
为了解微分方程$\frac{dy}{dx} = \frac{2y}{t}$,我们需要使用分离变量法。然而,似乎在题目中存在一个变量不一致的问题。微分方程中应该有$t$,但微分却是关于$x$的。为了继续,我将假设微分方程应该是$\frac{dy}{dt} = \frac{2y}{t}$。
让我们逐步解这个微分方程:
1. **分离变量**:将$y$和$dy$放在方程的一边,将$t$和$dt$放在另一边。
\[
\frac{dy}{y} = \frac{2}{t} dt
\]
2. **两边积分**:对两边进行积分。
\[
\int \frac{dy}{y} = \int \frac{2}{t} dt
\]
左边是$\frac{1}{y}$关于$y$的积分,即$\ln|y|$。右边是$\frac{2}{t}$关于$t$的积分,即$2\ln|t|$。因此,我们有:
\[
\ln|y| = 2\ln|t| + C
\]
其中$C$是积分常数。
3. **简化表达式**:利用对数的性质,$2\ln|t| = \ln|t|^2$。所以方程变为:
\[
\ln|y| = \ln|t|^2 + C
\]
我们可以将常数$C$写成$\ln|A|$的形式,其中$A$是另一个常数。因此,方程是:
\[
\ln|y| = \ln|t|^2 + \ln|A|
\]
利用对数的性质,$\ln|y| = \ln|At^2|$。对两边进行指数运算,我们得到:
\[
y = At^2
\]
其中$A$是任意常数。我们可以将$A$重写为$C$,所以通解是:
\[
y = Ct^2
\]
然而,由于原始题目中存在变量不一致的问题,如果假设微分方程是$\frac{dy}{dx} = \frac{2y}{x}$,那么解将是:
\[
y = Cx^2
\]
但根据题目中给出的选项,似乎存在一个打字错误。最接近的匹配项是 $y = 2Cx$,但根据解,正确答案应该是 $y = Cx^2$。
由于题目中给出的选项中没有一个与 $y = Cx^2$ 完全匹配,如果假设 $t$ 应该是 $x$,那么最接近的匹配项是 $y = Cx^2$。
因此,根据题目中给出的选项,最接近的匹配项是 $y = 2Cx$,但根据解,正确答案应该是 $y = Cx^2$。
由于题目中给出的选项中没有一个与 $y = Cx^2$ 完全匹配,如果假设 $t$ 应该是 $x$,那么最接近的匹配项是 $y = Cx^2$。
因此,根据题目中给出的选项,最接近的匹配项是 $y = 2Cx$.
\[
\boxed{C}
\]
解析
考查要点:本题主要考查可分离变量的一阶微分方程的解法,需要掌握变量分离法的基本步骤。
解题核心思路:
将微分方程中的变量$y$和$x$分离到等式两边,分别积分后得到通解。关键点在于正确分离变量并处理积分常数。
破题关键:
- 将方程整理为$\frac{dy}{y} = 2dx$的形式;
- 对两边分别积分,注意积分常数的处理;
- 将结果整理为显式表达式。
步骤1:分离变量
原方程$\frac{dy}{dx} = 2y$可变形为:
$\frac{dy}{y} = 2dx$
此时,所有含$y$的项在左边,含$x$的项在右边。
步骤2:两边积分
对左边积分$\int \frac{1}{y} dy$,结果为$\ln|y| + C_1$;
对右边积分$\int 2 dx$,结果为$2x + C_2$。
合并常数项后得:
$\ln|y| = 2x + C$
(其中$C = C_2 - C_1$为新的积分常数)
步骤3:整理通解
对等式两边取指数消去对数:
$|y| = e^{2x + C} = e^{C} \cdot e^{2x}$
令$C' = e^{C}$($C'$仍为任意常数),则通解为:
$y = C' e^{2x}$
通常写作$y = C e^{2x}$($C$为任意常数)。