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

{lnx=int(g(v)dv)/(c[g(v)-f(v)])+c for g(v)!=f(v); xy=c for g(v)=f(v). " src="http://mathworld.wolfram.com/images/equations/ExactFirst-OrderOrdinaryDifferentialEquation/NumberedEquation36.gif" style="height:64px; width:278px" />

(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.

اخر الاخبار

اخبار العتبة العباسية المقدسة

في مستشفى الكفيل.. تقنية "إليزاروف" تنقذ شابًّا من معاناة طويلة

رئيس هيأة التربية والتعليم يطّلع على سير العملية التعليمية في جامعة العميد

المشاركون في الملتقى التربوي يطلعون على عدد من مشاريع العتبة العباسية المقدسة

ضمن فعاليات الملتقى التربوي.. قسم العلاقات ينظم ورشة تعريفية عن دور المنسق التربوي

المزيد

الآخبار الصحية

أول إرشادات غذائية قائمة على الأدلة لمعالجة الإمساك المزمن

صباح بلا إفطار؟.. صحتك في خطر!

هل يمكن للجلد أن يكشف عن صحتك العقلية؟.. دراسة حديثة تجيب

السر في مطبخك.. 6 أطعمة تمنح عظامك قوة الشباب

المزيد

الآخبار التكنلوجية

ناسا تكشف: كوكب الأرض أصبح أقل لمعانا خلال العقود الماضية

دراسة: الوقت الذي تستخدم فيه هاتفك قد يفضح حالتك النفسية

الهنغاري لاسلو كراسناهوركاي يفوز بجائزة نوبل للآداب 2025

رسميا.. إعلان الفائز بجائزة نوبل للسلام لعام 2025

المزيد