تاريخ الرياضيات
الاعداد و نظريتها
تاريخ التحليل
تار يخ الجبر
الهندسة و التبلوجي
الرياضيات في الحضارات المختلفة
العربية
اليونانية
البابلية
الصينية
المايا
المصرية
الهندية
الرياضيات المتقطعة
المنطق
اسس الرياضيات
فلسفة الرياضيات
مواضيع عامة في المنطق
الجبر
الجبر الخطي
الجبر المجرد
الجبر البولياني
مواضيع عامة في الجبر
الضبابية
نظرية المجموعات
نظرية الزمر
نظرية الحلقات والحقول
نظرية الاعداد
نظرية الفئات
حساب المتجهات
المتتاليات-المتسلسلات
المصفوفات و نظريتها
المثلثات
الهندسة
الهندسة المستوية
الهندسة غير المستوية
مواضيع عامة في الهندسة
التفاضل و التكامل
المعادلات التفاضلية و التكاملية
معادلات تفاضلية
معادلات تكاملية
مواضيع عامة في المعادلات
التحليل
التحليل العددي
التحليل العقدي
التحليل الدالي
مواضيع عامة في التحليل
التحليل الحقيقي
التبلوجيا
نظرية الالعاب
الاحتمالات و الاحصاء
نظرية التحكم
بحوث العمليات
نظرية الكم
الشفرات
الرياضيات التطبيقية
نظريات ومبرهنات
علماء الرياضيات
500AD
500-1499
1000to1499
1500to1599
1600to1649
1650to1699
1700to1749
1750to1779
1780to1799
1800to1819
1820to1829
1830to1839
1840to1849
1850to1859
1860to1864
1865to1869
1870to1874
1875to1879
1880to1884
1885to1889
1890to1894
1895to1899
1900to1904
1905to1909
1910to1914
1915to1919
1920to1924
1925to1929
1930to1939
1940to the present
علماء الرياضيات
الرياضيات في العلوم الاخرى
بحوث و اطاريح جامعية
هل تعلم
طرائق التدريس
الرياضيات العامة
نظرية البيان
Exact First-Order Ordinary Differential Equation
المؤلف:
Boyce, W. E. and DiPrima, R. C
المصدر:
Elementary Differential Equations and Boundary Value Problems, 4th ed. New York: Wiley
الجزء والصفحة:
...
11-6-2018
1589
Consider a first-order ODE in the slightly different form
![]() |
(1) |
Such an equation is said to be exact if
![]() |
(2) |
This statement is equivalent to the requirement that a conservative field exists, so that a scalar potential can be defined. For an exact equation, the solution is
![]() |
(3) |
where is a constant.
A first-order ODE (◇) is said to be inexact if
![]() |
(4) |
For a nonexact equation, the solution may be obtained by defining an integrating factor of (◇) so that the new equation
![]() |
(5) |
satisfies
![]() |
(6) |
or, written out explicitly,
![]() |
(7) |
This transforms the nonexact equation into an exact one. Solving (7) for gives
![]() |
(8) |
Therefore, if a function satisfying (8) can be found, then writing
![]() |
![]() |
![]() |
(9) |
![]() |
![]() |
![]() |
(10) |
in equation (◇) then gives
![]() |
(11) |
which is then an exact ODE. Special cases in which can be found include
-dependent,
-dependent, and
-dependent integrating factors.
Given an inexact first-order ODE, we can also look for an integrating factor so that
![]() |
(12) |
For the equation to be exact in and
, the equation for a first-order nonexact ODE
![]() |
(13) |
becomes
![]() |
(14) |
Solving for gives
![]() |
![]() |
![]() |
(15) |
![]() |
![]() |
![]() |
(16) |
which will be integrable if
![]() |
![]() |
![]() |
(17) |
![]() |
![]() |
![]() |
(18) |
in which case
![]() |
(19) |
so that the equation is integrable
![]() |
(20) |
and the equation
![]() |
(21) |
with known is now exact and can be solved as an exact ODE.
Given an exact first-order ODE, look for an integrating factor . Then
![]() |
(22) |
![]() |
(23) |
Combining these two,
![]() |
(24) |
For the equation to be exact in and
, the equation for a first-order nonexact ODE
![]() |
(25) |
becomes
![]() |
(26) |
Therefore,
![]() |
(27) |
Define a new variable
![]() |
(28) |
then , so
![]() |
(29) |
Now, if
![]() |
(30) |
then
![]() |
(31) |
so that
![]() |
(32) |
and the equation
![]() |
(33) |
is now exact and can be solved as an exact ODE.
Given an inexact first-order ODE, assume there exists an integrating factor
![]() |
(34) |
so . For the equation to be exact in
and
, equation (◇) becomes
![]() |
(35) |
Now, if
![]() |
(36) |
then
![]() |
(37) |
so that
![]() |
(38) |
and the equation
![]() |
(39) |
is now exact and can be solved as an exact ODE.
Given a first-order ODE of the form
![]() |
(40) |
define
![]() |
(41) |
Then the solution is
(42) |
If
![]() |
(43) |
where
![]() |
(44) |
then letting
![]() |
(45) |
gives
![]() |
(46) |
![]() |
(47) |
This can be integrated by quadratures, so
![]() |
(48) |
![]() |
(49) |
REFERENCES:
Boyce, W. E. and DiPrima, R. C. Elementary Differential Equations and Boundary Value Problems, 4th ed. New York: Wiley, 1986.
Ross, C. C. §3.3 in Differential Equations. New York: Springer-Verlag, 2004.
Zwillinger, D. Ch. 62 in Handbook of Differential Equations. San Diego, CA: Academic Press, 1997.