We bekijken een eerste-orde lineaire differentiaalvergelijk met constante coëfficiënten.
De oplossing van een eerste-orde lineaire GDV \[ \dfrac{\dd y}{\dd t}=p\cdot y+q\cdot t\] waarbij \(p\) en \(q\) constanten zijn met \(p\ne0\), is \[y(t)=c\cdot\e^{\,p\, t}-\frac{q}{p}\cdot t-\frac{q}{p^2}\] voor zekere constante \(c\) .
We schrijven eerst de differentiaalvergelijking in differentiaalvorm: \[\dd y-p\cdot y\,\dd t=q\cdot t\,\dd t\] Vermenigvuldigen van deze gelijkheid link en rechts met \(e^{-p\, t}\) levert op: \[e^{-p\, t}\,\dd y-p\cdot e^{-p\, t}\cdot y\,\dd t=q\cdot t\cdot e^{-p\, t}\,\dd t\] Met de productregel van differentialen kan het linkerlid vereenvoudigd worden en volgt: \[\dd\left(e^{-p\, t}\cdot y\right)=q\cdot t\cdot e^{-p\, t}\,\dd t\] Dus: \[e^{-p\, t}\,y=\int q\cdot t\cdot e^{-p\, t}\,\dd t=q\cdot\int t\cdot e^{-p\, t}\,\dd t \] De integraal aan de rechterkant kan d.m.v. partiële integratie uitgerekend worden: \[\begin{aligned} \int t\cdot e^{-p\, t}\,\dd t &=\int t\cdot\left(-\frac{1}{p}e^{-p\, t}\right)'\,\dd t\\ \\ &=t\cdot\left(-\frac{1}{p}\cdot e^{-p\, t}\right)-\int (t)'\cdot\left(-\frac{1}{p}\cdot e^{-p\, t}\right)\,\dd t\\ \\ &=-\frac{t}{p}\cdot e^{-p\, t}+\frac{1}{p}\cdot \int e^{-p\, t}\,\dd t\\ \\ &=-\frac{t}{p}\cdot e^{-p\, t}-\frac{1}{p^2}\cdot e^{-p\, t}+c\\ \end{aligned}\] voor zekere constante \(c\). We kunnen hiermee de oplossing van de GDV opschrijven als \[y=c\cdot e^{\,p\, t}-\frac{q}{p}\cdot t-\frac{q}{p^2}\] Merk op dat de oplossing gelijk is aan de som van de specifieke oplossing \(\displaystyle y=-\frac{q}{r}\cdot t-\frac{q}{p^2}\) en de algemene oplossing \(y=c\cdot e^{\,p\, t}\) van de homogene vergelijking \(\displaystyle\frac{\dd y}{\dd t}=p\cdot y.\)
Als je het bewijs bekeken hebt, dan heb je gezien dat hierin de differentiaalvergelijking vermenigvuldigd werd met een functie die het mogelijk maakte om de termen met \(\dd y\) en \(y\,\dd t\) onder één differentiaal te brengen. We zullen op deze techniek in meer detail ingaan.
In het bewijs van de stelling herschreven we de GDV eerst in differentiaalvorm en vermenigvuldigden daarna alle termen met \(\e^{-p\, t}\). Deze vermenigvuldigingsfactor stelde ons in staat om de termen met \(\dd y\) en \(y\,\dd t\) onder één differentiaal te brengen (d.w.z, achter een \(\dd\)-operator te zetten). Zo'n factor noemen we een integrerende factor.
In het geval van een homogenene eerste-orde lineaire GDV \(y'=p(t)\cdot y\) is de functie \(\e^{-P(t)}\), waarbij \(P(t)\) een primitieve functie van \(p(t)\) is, een integrerende factor.
In het geval van een homogenene eerste-orde lineaire GDV \(y'=p(t)\cdot y\) is de functie \(\e^{-P(t)}\), waarbij \(P(t)\) een primitieve functie van \(p(t)\) is, een integrerende factor: als we de differentiaalvorm \[\dd y-p(t)\cdot y\,\dd t=0\] met deze factor vermenigvuldigen dan kan \[\e^{-P(t)}\,\dd y-\e^{-P(t)}\cdot p(t)\cdot y\,\dd t = 0\] herschreven worden als \[\dd\left(\e^{-P(t)}\cdot y\right) = 0\] Dus: \(\e^{-P(t)}\cdot y = c\), voor zekere integratieconstante \(c\). De algemene oplossing is dus \[ y = \e^{P(t)}\cdot C\]