Differentialgleichung der Form y'=f(ax+by+c)
Differentialgleichungen der Gestalt
y′=f(ax+by+c) lösen wir mittels der Substitution
z=ax+by+c. Dann ist
z′=dxdz=a+by′ ⟹z′=a+bf(z). Dies ist eine
Differentialgleichung mit getrennten Variablen:
a+bf(z)dz=dx.
Beispiel
y′=2x−3y+1. Substitution
z=2x−3y+1,
z′=2−3y′ ⟹z′=2−3z.
∫2−3zdz=∫dx ⟹−31ln∣2−3z∣=x+C0 ⟹ln∣2−3z∣=−3x+C1 ⟹2−3z=e−3x⋅C2 (
C2>0)
⟹2−3(2x−3y+1) =2−6x+9y−3 =e−3x⋅C2 ⟹9y=e−3x⋅C2+6x+1 ⟹y=9e−3x⋅C2+32x+91
Mit einer Probe überzeugen wir uns, schnell, dass wir eine Lösung gefunden haben. Leider ist uns die Lösung
y=32x+91 (rote
Gerade in der Grafik) verloren gegangen. Da stets
C2>0 und auch
e−3x⋅C2>0 ist, ist sie in der Formel nicht enthalten. Wir erhalten sie jedoch als asymptotischen Grenzfall für
C2→0.
So seltsam es auch klingen mag, die Stärke der Mathematik beruht auf dem Vermeiden jeder unnötigen Annahme und auf ihrer großartigen Einsparung an Denkarbeit.
Ernst Mach
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