Ecuación diferencial ydx+xdy=x^2ydy

Tenemos la ecuación:
$$- x^{2} y{\left(x \right)} \frac{d}{d x} y{\left(x \right)} + x \frac{d}{d x} y{\left(x \right)} + y{\left(x \right)} = 0$$
Sustituimos
$$u{\left(x \right)} = x y{\left(x \right)}$$
y porque
$$y{\left(x \right)} = \frac{u{\left(x \right)}}{x}$$
entonces
$$\frac{d}{d x} y{\left(x \right)} = \frac{\frac{d}{d x} u{\left(x \right)}}{x} - \frac{u{\left(x \right)}}{x^{2}}$$
sustituimos
$$- x u{\left(x \right)} \frac{d}{d x} \frac{u{\left(x \right)}}{x} + x \frac{d}{d x} \frac{u{\left(x \right)}}{x} + \frac{u{\left(x \right)}}{x} = 0$$
o
$$- u{\left(x \right)} \frac{d}{d x} u{\left(x \right)} + \frac{d}{d x} u{\left(x \right)} + \frac{u^{2}{\left(x \right)}}{x} = 0$$
Esta ecuación diferencial tiene la forma:

f1(x)*g1(u)*u' = f2(x)*g2(u),

donde
$$\operatorname{f_{1}}{\left(x \right)} = 1$$
$$\operatorname{g_{1}}{\left(u \right)} = 1$$
$$\operatorname{f_{2}}{\left(x \right)} = - \frac{1}{x}$$
$$\operatorname{g_{2}}{\left(u \right)} = - \frac{u^{2}{\left(x \right)}}{u{\left(x \right)} - 1}$$
Pasemos la ecuación a la forma:

g1(u)/g2(u)*u'= f2(x)/f1(x).

Dividamos ambos miembros de la ecuación en g2(u)
$$- \frac{u^{2}{\left(x \right)}}{u{\left(x \right)} - 1}$$
obtendremos
$$- \frac{\left(u{\left(x \right)} - 1\right) \frac{d}{d x} u{\left(x \right)}}{u^{2}{\left(x \right)}} = - \frac{1}{x}$$
Con esto hemos separado las variables x y u.

Ahora multipliquemos las dos partes de la ecuación por dx,
entonces la ecuación será así
$$- \frac{dx \left(u{\left(x \right)} - 1\right) \frac{d}{d x} u{\left(x \right)}}{u^{2}{\left(x \right)}} = - \frac{dx}{x}$$
o
$$- \frac{du \left(u{\left(x \right)} - 1\right)}{u^{2}{\left(x \right)}} = - \frac{dx}{x}$$

Tomemos la integral de las dos partes de la ecuación:
- de la parte izquierda la integral por u,
- de la parte derecha la integral por x.
$$\int \left(- \frac{u - 1}{u^{2}}\right)\, du = \int \left(- \frac{1}{x}\right)\, dx$$
Solución detallada de la integral con u
Solución detallada de la integral con x
Tomemos estas integrales
$$- \log{\left(u \right)} - \frac{1}{u} = Const - \log{\left(x \right)}$$
Solución detallada de una ecuación simple
Hemos recibido una ecuación ordinaria con la incógnica u.
(Const - es una constante)

La solución:
$$\operatorname{u_{1}} = u{\left(x \right)} = x e^{C_{1} + W\left(- \frac{e^{- C_{1}}}{x}\right)}$$
hacemos cambio inverso
$$y{\left(x \right)} = \frac{u{\left(x \right)}}{x}$$
$$y1 = y(x) = e^{C_{1} + W\left(- \frac{e^{- C_{1}}}{x}\right)}$$