Math Problem Statement

معادله برنولی بر حسب y برام حل کن

Solution

برای حل معادله برنولی، باید به شکل عمومی آن توجه کنیم. معادله برنولی به صورت کلی به شکل زیر است:

y+P(x)y=Q(x)yny' + P(x)y = Q(x)y^n

که P(x)P(x) و Q(x)Q(x) توابعی از xx هستند، و nn درجه غیرخطی معادله است. برای حل این معادله، مراحل زیر را انجام می‌دهیم:


مراحل حل معادله برنولی:

  1. تقسیم طرفین معادله بر yny^n:

    با تقسیم معادله به این شکل، معادله به صورت زیر نوشته می‌شود: yny+P(x)y1n=Q(x)y^{-n}y' + P(x)y^{1-n} = Q(x)

  2. تبدیل معادله به فرم خطی:

    با تغییر متغیر z=y1nz = y^{1-n}، می‌توانیم به معادله خطی تبدیل کنیم. مشتق zz بر حسب yy برابر است با: z=(1n)ynyz' = (1-n)y^{-n}y'

    با جایگذاری این تغییر متغیر در معادله اصلی، معادله خطی برای zz به دست می‌آید: z+(1n)P(x)z=(1n)Q(x)z' + (1-n)P(x)z = (1-n)Q(x)

  3. حل معادله خطی جدید:

    حالا این معادله خطی را با استفاده از فاکتور انتگرال حل می‌کنیم. معادله خطی به فرم استاندارد زیر است: z+M(x)z=N(x)z' + M(x)z = N(x)

    که در آن: M(x)=(1n)P(x),N(x)=(1n)Q(x)M(x) = (1-n)P(x), \quad N(x) = (1-n)Q(x)

    فاکتور انتگرال I(x)I(x) به صورت زیر محاسبه می‌شود: I(x)=eM(x)dxI(x) = e^{\int M(x)dx}

    سپس، جواب عمومی z(x)z(x) برابر است با: z(x)=1I(x)(I(x)N(x)dx+C)z(x) = \frac{1}{I(x)} \left( \int I(x)N(x)dx + C \right)

  4. برگرداندن تغییر متغیر:

    در نهایت با استفاده از z=y1nz = y^{1-n}، مقدار y(x)y(x) به دست می‌آید: y(x)=z(x)11ny(x) = z(x)^{\frac{1}{1-n}}


لطفاً معادله خاص خود را وارد کنید

اگر معادله برنولی خاصی دارید، کافی است آن را به من ارائه دهید تا مراحل حل را برای آن انجام دهم.


آیا نیاز به توضیحات بیشتر دارید؟

5 سؤال مرتبط:

  1. معادله برنولی را چگونه از فرم‌های دیگر تشخیص دهیم؟
  2. نقش فاکتور انتگرال در حل معادلات خطی چیست؟
  3. اگر n=1n = 1 باشد، چگونه معادله تغییر می‌کند؟
  4. آیا می‌توانید حل تحلیلی برای مثال خاصی از معادله برنولی ارائه دهید؟
  5. چه زمانی تغییر متغیر به فرم z=y1nz = y^{1-n} قابل استفاده نیست؟

نکته:

همیشه بررسی کنید که n=0n = 0 یا n=1n = 1 نباشد، زیرا در این موارد معادله به فرم خاصی ساده‌تر می‌شود.

Ask a new question for Free

By Image

Drop file here or Click Here to upload

Math Problem Analysis

Mathematical Concepts

Differential Equations
Bernoulli Equations
Linearization of Equations

Formulas

y' + P(x)y = Q(x)y^n
z = y^{1-n}
z' + M(x)z = N(x)
I(x) = e^{\int M(x)dx}
y(x) = z(x)^{\frac{1}{1-n}}

Theorems

Bernoulli Equation Transformation
Linear Differential Equation Solution

Suitable Grade Level

Undergraduate