ダランベールの微分方程式

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ダランベールの微分方程式（～びぶんほうていしき、英：d'Alembert's equation）とは、

$y = x f \left(\frac {dy} {dx} \right) + g \left(\frac {dy} {dx} \right)$ 　　…　(1)

の形をしている一階常微分方程式である。ここで、f、g はそれぞれ、微分可能実関数で、かつ f(p) ≠ p だとする。 f が恒等写像の場合、(1) はクレローの微分方程式となる。

この方程式は、ラグランジュの微分方程式（英：Lagrange's equation）とも呼ばれる。

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$p = \frac{dy}{dx}$ とおくと、(1) は、

$y = x f (p) + g (p)$ 　　…　(2)

となる。 (2) の両辺を x で微分すると、

$p = f(p) + {x f'(p) + g'(p)} \frac {dp} {dx}$

である。 p を独立変数、x を p の関数とみなすと、f(p) ≠ p だから、

$\frac{dx}{dp} + \frac {f'(p)} {f(p) - p} x + \frac {g'(p)} {f(p) - p} = 0$ 　　…　(3)

となる。 (3) は一階線型常微分方程式だから、定数変化法により一般解が

$\begin{align} x = & \exp \left(- \int \frac {f'(p)} {f(p) - p} dp \right) \\ & \left\{ C - \int \frac {g'(p)} {f(p) - p} \exp \left( \int \frac {f'(p)} {f(p) - p} dp \right) dp \right\} \\ \end{align}$ 　　…　(4)

と求まる。ここに、C は、積分定数である。

(1) の一般解は、p を助変数として、(2) と (4) により得られる。

なお、α = f(α) を満たす実数 α が存在する場合、y = x f(α) + g(α) が (1) の特異解を与えることがある。

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最終更新 2009年8月26日 (水) 13:49 （日時は個人設定で未設定ならばUTC）。
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