伯努利微分方程

下面来介绍一种可以改写为的微分方程。

1 伯努利微分方程
若某能写成:

那么该就称为 伯努利微分方程

该方程是伯努利家族中的雅各布·伯努利提出的,他是之前介绍过洛必达的老师约翰·伯努利的哥哥,如下图所示。

雅各布·伯努利(1654-1705)

时该方程是;当时,可通过变量代换化为。具体做法是将伯努利微分方程的两端同时除以

会发现上式左侧的第一项只差一个因子,所以引入,则。然后用对上式进行变量替换,就变成了

2 斯托克斯阻力定律

伯努利微分方程在物理学中会经常用到。比如根据常识可知,物体在水中运动会遇到阻力,如下图所示。

阻力作用在物体上会产生阻力加速度。根据斯托克斯阻力定律,假设物体速度为,则其在液体中受到的阻力加速度大致为(可看出速度越快受到的阻力越大,想象游泳时越快需要克服的水阻就越大):

其中与具体的液体有关,比如清水阻力小,而油脂阻力大。上式其实就是伯努利微分方程。

3 伯努利微分方程的例题
请求出微分方程 这是伯努利微分方程,所以令,则,然后进行变形和变量替换得到

套用,有(原方程中有,这说明,所以下面计算中的,不需要加绝对值):

代入,得所求方程的通解为:

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