求解微分方程$4xp^2=(3x-1)^2$的奇解时的判别式应用困惑
我最近在求解微分方程$$4xp2=(3x-1)2$$(其中$p=\frac{dy}{dx}$)的奇解,按照所学知识,一阶微分方程的奇解对应着通解曲线族的包络,所以我先尝试求出了方程的通解:
首先把原方程整理求解$p$:
$$4xp2=(3x-1)2 \implies p=\frac{(3x-1)}{2\sqrt x}$$
也就是$\frac{dy}{dx}=\frac{(3x-1)}{2\sqrt x}$,对其积分后得到:
$$y=x\sqrt x-\sqrt x+c$$
将其整理为隐式的通解形式:
$$(y-c)2-x(x-1)2=0$$
这里$c$是积分常数,我把这个通解记为$\phi(x,y,c)=(y-c)2-x(x-1)2=0$。
接下来我计算了c-判别式,也就是联立以下两个式子消去常数$c$:
- $\frac{\partial \phi}{\partial c}=0$
- $\phi(x,y,c)=0$
计算偏导数:
$$\frac{\partial \phi}{\partial c}=2(c-y)=0 \implies c=y$$
将$c=y$代入通解的隐式方程,得到:
$$0 - x(x-1)^2=0$$
所以最终得到的c-判别式是$x(x-1)^2=0$。
之后我又计算了p-判别式,先把原微分方程写成$F(x,y,p)=4xp2-(3x-1)2=0$,展开后就是$4xp2-9x2-1+6x=0$,然后联立以下两个式子消去$p$:
- $\frac{\partial F}{\partial p}=0$
- $F(x,y,p)=0$
计算偏导数:
$$\frac{\partial F}{\partial p}=8xp=0$$
通过这个式子和原方程消去$p$后,我得到的p-判别式是$(3x-1)^2=0$。
我记得有这样的结论:
- 如果$P(x,y)=0$是p-判别式,那么$P(x,y)=hC_lT^3$,其中$h$是待求的奇解,$C_l$是尖点轨迹,$T$是切点轨迹
- 如果$C(x,y)=0$是c-判别式,那么$C=hC_l3N2$,其中$C_l$是尖点轨迹,$N$是结点轨迹
可现在我的p-判别式是$(3x-1)2=0$,c-判别式是$x(x-1)2=0$,这两个式子没有公共的因子,我一下子就卡在这儿了,不知道该怎么用这个方法继续找出奇解,有没有大佬能帮忙指点一下?
另外我还看到有一份资料里用别的方法解了这个一模一样的题(就在资料的第9页),但完全没用到这种判别式的方法,我就特别纳闷,为什么这个题不能用这种常规的判别式方法来解呢?
备注:内容来源于stack exchange,提问作者Thomas Finley

