베르누이 미분방정식은
y가
t의 함수일 때 다음과 같이 표현되는 비선형 1계
상미분 방정식이다.
y′(t)+p(t)y(t)=q(t)y(t)n(n=0,1)[1]이 방정식은 1695년 이를 처음으로 연구한
야코프 베르누이의 이름을 붙였다. 베르누이 미분방정식은 비선형 상미분방정식임에도 일반해를 구하는 방법이 알려져 있는 특수한 경우이다.
로지스틱 방정식은 베르누이 미분방정식의 한 예다.
자명해가 아닌 해를 구하려면 양변을
yn로 나누고
u=yn−11로 치환하여 다음과 같은 선형 상미분방정식으로 변환한다.
u′(t)+(1−n)p(t)u(t)=(1−n)q(t)이렇게 치환된 문제는
적분인자를 사용한 해법으로 쉽게 해를 구할 수 있다. 이 치환된 문제의 해를
u∗(t)라 하면 베르누이 미분방정식의 해는
y(t)=[u∗(t)]1−n1이다.
풀이를 쉽게 하기 위해 위의 식에서
P(t)=(1−n)p(t)라고 하고
Q(t)=(1−n)q(t)라고 하면 적분인자는
e∫P(t)dt이고, 이로부터
u∗(t)를 다음과 같이 얻을 수 있다.
u∗(t)=e∫P(t)dt∫e∫P(t)dtQ(t)dt+C=e(1−n)∫p(t)dt(1−n)∫e(1−n)∫p(t)dtq(t)dt+C따라서 초기조건에 따라 적분상수
C를 적당한 값으로 정해주면
y(t)는 다음과 같다.
y(t)=[e(1−n)∫p(t)dt(1−n)∫e(1−n)∫p(t)dtq(t)dt+C]1−n1