[Maths] Random-Problems #6

Maths random-problems 微分方程式

t f B! P L

Problem

次の等式を満たす\(x\)の関数\(f\)を答えよ。 \[ \begin{align*} f + \frac{1}{\frac{\mathrm{d}f}{\mathrm{d}x}} = 0 \end{align*} \]

Answer

#5に続いて、こちらの問題も変数分離型の微分方程式です。 文字\(f\)と\(x\)を各辺に分けることができます。 \[ \begin{align*} f + \frac{1}{\frac{\mathrm{d}f}{\mathrm{d}x}} &= 0 \\ f \frac{\mathrm{d} f}{\mathrm{d} x} + 1 &= 0 \\ f \frac{\mathrm{d} f}{\mathrm{d} x} &= -1 \\ f \mathrm{d} f &= - \mathrm{d} x \\ \int f \mathrm{d} f &= \int \left( - \mathrm{d} x \right) \\ \frac{1}{2} f^2 &= -x + \mathrm{C} \quad (\mathrm{C} \text{は任意の定数}) \\ x &= - \frac{1}{2} f^2 + \mathrm{C} \end{align*} \] また、\( \frac{\mathrm{d} f}{\mathrm{d} x} \neq 0 \)より\( f \neq 0 \)です。

End

\[ \begin{align*} & f + \frac{1}{\frac{\mathrm{d}f}{\mathrm{d}x}} = 0 \\ & \iff x = - \frac{1}{2} f^2 + \mathrm{C} \quad \left( \mathrm{C} \text{は任意の定数}, f \neq 0 \right) \end{align*} \] 関数っぽい\(f\)が逆に独立変数として扱われていて面白いですね。
微分方程式は微分小なしで2つの変数の関係が分かればそれが解として扱われるので、どちらかの変数について解く必要はありません。学校のテストでは、もっと分かりづらい表記で回答してみましょう。

Contributor

ゆっくり勉強ちゃんねる
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