x = u とおくと x = ut t よって x/t の式になっている この両辺を微分 du dx =t +u dt dt 積の微分 du + u = f (u) t dt 1 1 du = dt f (u) − u t 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 5 22
x = u とおくと x = ut t よって x/t の式になっている この両辺を微分 du dx =t +u dt dt 積の微分 du + u = f (u) t dt 1 1 du = dt f (u) − u t 変数分離形になった 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 5 22
(ut, t) = t M (u, 1) の形になっていること tk をくくり出せる ( , ) M (x, t) dx = の形で 微分方程式が dt N (x, t) M, N がどちらも k 次の同次関数なら,x = ut とおいて 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 6 22
(ut, t) = t M (u, 1) の形になっていること tk をくくり出せる ( , ) M (x, t) dx = の形で 微分方程式が dt N (x, t) M, N がどちらも k 次の同次関数なら,x = ut とおいて M (x, t) dx = dt N (x, t) x k M ( t , 1) t M (u, 1) M (u, 1) = = = k x t N (u, 1) N (u, 1) N ( t , 1) 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 6 22
(ut, t) = t M (u, 1) の形になっていること tk をくくり出せる ( , ) M (x, t) dx = の形で 微分方程式が dt N (x, t) M, N がどちらも k 次の同次関数なら,x = ut とおいて M (x, t) dx = dt N (x, t) x k M ( t , 1) t M (u, 1) M (u, 1) = = = k x t N (u, 1) N (u, 1) N ( t , 1) 前ページの形になる 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 6 22
dx = 分母分子を t でわると 【同次形】 x dt 1+ t x du dx =t +u = u とおくと x = ut より dt dt t よって 1−u du +u= t dt 1+u 1 1 du = dt 1−u t 1+u − u 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 7 22
dx = 分母分子を t でわると 【同次形】 x dt 1+ t x du dx =t +u = u とおくと x = ut より dt dt t よって 1−u du +u= t dt 1+u 1 1 du = dt 1−u t 1+u − u t と u を分離 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 7 22
dx = 分母分子を t でわると 【同次形】 x dt 1+ t x du dx =t +u = u とおくと x = ut より dt dt t よって 1−u du +u= t dt 1+u 1 1 du = dt 1−u t 1+u − u u+1 1 du = − dt 2 u + 2u − 1 t t と u を分離 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 7 22
P (t)x = Q(t) にあてはめると P (t) ≡ 1, Q(t) = t dt よって p(t) = exp P (t)dt とすると p(t) = exp 1dt t+C C t 1 1 =e =e e t = C2 e 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 11 22
P (t)x = Q(t) にあてはめると P (t) ≡ 1, Q(t) = t dt よって p(t) = exp P (t)dt とすると 前ページの式から p(t)x = p(t) = exp p(t)Q(t)dt + C 1dt t+C C t 1 1 =e =e e t = C2 e 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 11 22
P (t)x = Q(t) にあてはめると P (t) ≡ 1, Q(t) = t dt よって p(t) = exp P (t)dt とすると 前ページの式から p(t)x = p(t) = exp p(t)Q(t)dt + C 1dt t+C C t 1 1 =e =e e t = C2 e 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 11 22
P (t)x = Q(t) にあてはめると P (t) ≡ 1, Q(t) = t dt よって p(t) = exp P (t)dt とすると 前ページの式から p(t)x = p(t) = exp p(t)Q(t)dt + C 1dt t+C C t 1 1 =e =e e t = C2 e 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 11 22
P (t)x = Q(t) にあてはめると P (t) ≡ 1, Q(t) = t dt よって p(t) = exp P (t)dt とすると 前ページの式から p(t)x = p(t) = exp p(t)Q(t)dt + C 1dt t+C C t 1 1 =e =e e t = C2 e 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 11 22
P (t)x = Q(t) にあてはめると P (t) ≡ 1, Q(t) = t dt よって p(t) = exp P (t)dt とすると 前ページの式から p(t)x = p(t) = exp p(t)Q(t)dt + C 1dt t+C C t 1 1 =e =e e t = C2 e 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 11 22
P (t)x = Q(t) にあてはめると P (t) ≡ 1, Q(t) = t dt よって p(t) = exp P (t)dt とすると 前ページの式から p(t)x = p(t) = exp p(t)Q(t)dt + C 1dt t+C C t 1 1 =e =e e t = C2 e 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 11 22
P (t)x = Q(t) にあてはめると P (t) ≡ 1, Q(t) = t dt よって p(t) = exp P (t)dt とすると 前ページの式から p(t)x = C2 et x = p(t) = exp p(t)Q(t)dt + C C2 et tdt + C3 1dt t+C C t 1 1 =e =e e t = C2 e 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 11 22
P (t)x = Q(t) にあてはめると P (t) ≡ 1, Q(t) = t dt よって p(t) = exp P (t)dt とすると 前ページの式から p(t)x = C2 et x = p(t) = exp p(t)Q(t)dt + C C2 et tdt + C3 1dt t+C C t 1 1 =e =e e t = C2 e 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 11 22
P (t)x = Q(t) にあてはめると P (t) ≡ 1, Q(t) = t dt よって p(t) = exp P (t)dt とすると 前ページの式から p(t)x = C2 et x = p(t) = exp p(t)Q(t)dt + C C2 et tdt + C3 1dt t+C C t 1 1 =e =e e t = C2 e C3 =C C2 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 11 22
P (t)x = Q(t) にあてはめると P (t) ≡ 1, Q(t) = t dt よって p(t) = exp P (t)dt とすると 前ページの式から p(t)x = C2 et x = C3 =C C2 et x = p(t) = exp p(t)Q(t)dt + C C2 et tdt + C3 1dt t+C C t 1 1 =e =e e t = C2 e et tdt + C t t = e t − e dt + C = et t − e t + C 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 11 22
P (t)x = Q(t) にあてはめると P (t) ≡ 1, Q(t) = t dt よって p(t) = exp P (t)dt とすると 前ページの式から p(t)x = C2 et x = C3 =C C2 et x = p(t) = exp p(t)Q(t)dt + C C2 et tdt + C3 1dt t+C C t 1 1 =e =e e t = C2 e et tdt + C t t = e t − e dt + C = et t − e t + C 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 11 22
P (t)x = Q(t) にあてはめると P (t) ≡ 1, Q(t) = t dt よって p(t) = exp P (t)dt とすると 前ページの式から p(t)x = C2 et x = C3 =C C2 et x = p(t) = exp p(t)Q(t)dt + C C2 et tdt + C3 1dt t+C C t 1 1 =e =e e t = C2 e et tdt + C t t = e t − e dt + C = et t − e t + C 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 11 22
P (t)x = Q(t) にあてはめると P (t) ≡ 1, Q(t) = t dt よって p(t) = exp P (t)dt とすると 前ページの式から p(t)x = C2 et x = C3 =C C2 et x = p(t) = exp p(t)Q(t)dt + C C2 et tdt + C3 1dt t+C C t 1 1 =e =e e t = C2 e et tdt + C 部分積分 t t = e t − e dt + C = et t − e t + C 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 11 22
P (t)x = Q(t) にあてはめると P (t) ≡ 1, Q(t) = t dt よって p(t) = exp P (t)dt とすると 前ページの式から p(t)x = C2 et x = C3 =C C2 et x = p(t)Q(t)dt + C C2 et tdt + C3 et tdt + C 部分積分 t t = e t − e dt + C = et t − e t + C p(t) = exp 1dt t+C C t 1 1 =e =e e t = C2 e よって x = t − 1 + Ce −t 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 11 22
= x−1 とおく 両辺の対数をとると 両辺を t で微分すると log u = − log x ′ u u =− ′ x x x′ 両辺を x で割ると x + t = tx t u′ − +t= u u −u 倍 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 14 22
= x−1 とおく 両辺の対数をとると 両辺を t で微分すると log u = − log x ′ u u =− ′ x x x′ 両辺を x で割ると x + t = tx t u′ − +t= u u −u 倍 ′ u − tu = −t 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 14 22
= x−1 とおく 両辺の対数をとると 両辺を t で微分すると log u = − log x ′ u u =− ′ x x x′ 両辺を x で割ると x + t = tx t u′ − +t= u u −u 倍 ′ u − tu = −t 1階線形 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 14 22
より ∫ u+1 2∫ t 1 log | u + 1 | = − log | t | + C (C は定数) 2 u + 1 = ± e |t| C log | t | − 12 と表せる log e C と表せる − 12 ± e C = A とおくと u + 1 = A | t | − 12 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 18 22
+ C となることから (C は定数) ∫ 1 Q(t) = より t 1 1 1 C2 x = C2 · dt + C3 t t t 1 1 x= dt + C 4 2 t t 1 1 x=− +C t t x = −1 + Ct (C3, C4, C は定数) 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 21 22
+ C となることから (C は定数) ∫ 1 Q(t) = より t 1 1 1 C2 x = C2 · dt + C3 t t t 1 1 x= dt + C 4 2 (C3, C4, C は定数) t t 1 1 x=− +C t t すなわち,一般解は x = − 1 + Ct x = −1 + Ct 2026年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 21 22