克萊羅方程(Clairaut equation)是一類通解有包絡結構的特殊的一階微分方程,它的一般形式為:y=xp+f(p),其中p=dy/dx。克萊羅方程的通解具有形式:y=Cx+φ(C)(直線族),此外存在奇解(包絡),其中奇解可以通過方程組:x=-φ'(p),y=px+φ(p) 消去參數 p 而得到;克萊羅方程的通解可以通過令 p=c (任意常數),代入原方程中而求得。此外,拉格朗日方程是克萊羅方程的特殊情形。
基本介紹
- 中文名:克萊羅方程
- 外文名:Clairaut equation
- 克萊羅:法國數學家、天文學家
- 一般形式:y=xp+f(p),其中p=dy/dx
- 特殊情形:拉格朗日方程
- 套用學科:微分方程
定義,方程求解,方程的通解,具體求解步驟,典例,例1,例2,
定義
形如
的方程,稱為克萊羅微分方程,這裡 f 是連續可微函式。

方程求解
方程的通解
克萊羅方程的通解可以通過令
(任意常數),代入原方程中求得。

具體求解步驟
已知方程:
,

對上式左右兩端同時對 x 求導,並令
,可得:
;


即有:
。

(1)如果
,則得到
,將其代入到式子
中可得:
,其中 c 為任意常數,這就是原方程的解。




(2)如果
,則將該式與原方程聯立,得到方程組:
,消去 p 則得到方程的一個解。求此解的過程與求包絡的過程是一致的。不難驗證,此解正是通解的包絡。由此,克萊羅微分方程的通解為一直線族,即在原方程中以 c 代 p,且此直線族的包絡是方程的奇解。


典例
例1
求解方程
,其中
。


解:這是克萊羅方程,因而易得其通解為
,

從方程組
中消去 c,得到奇解:
。


方程的通解是直線族,而奇解是通解的包絡。
例2
解方程
。

解:令
,則有
。


微分後,以
代替
,我們得到:
或者
。




求解這個線性方程後,我們有:
。

因此,得到:
,

為了求出奇積分,按照一般規則做出方程組:
,
,


由此得到:
,
。


所以有:
。

把 y 代入原方程,可知得到的函式並不是解,因此原方程沒有奇積分。



