Sr Examen

Ecuación diferencial sin^2(y)-y'x^8=0

El profesor se sorprenderá mucho al ver tu solución correcta😉

v

Para el problema de Cauchy:

y() =
y'() =
y''() =
y'''() =
y''''() =

Gráfico:

interior superior

Solución

Ha introducido [src]
   2          8 d           
sin (y(x)) - x *--(y(x)) = 0
                dx          
$$- x^{8} \frac{d}{d x} y{\left(x \right)} + \sin^{2}{\left(y{\left(x \right)} \right)} = 0$$
-x^8*y' + sin(y)^2 = 0
Solución detallada
Tenemos la ecuación:
$$- x^{8} \frac{d}{d x} y{\left(x \right)} + \sin^{2}{\left(y{\left(x \right)} \right)} = 0$$
Esta ecuación diferencial tiene la forma:
f1(x)*g1(y)*y' = f2(x)*g2(y),

donde
$$\operatorname{f_{1}}{\left(x \right)} = 1$$
$$\operatorname{g_{1}}{\left(y \right)} = 1$$
$$\operatorname{f_{2}}{\left(x \right)} = \frac{1}{x^{8}}$$
$$\operatorname{g_{2}}{\left(y \right)} = \sin^{2}{\left(y{\left(x \right)} \right)}$$
Pasemos la ecuación a la forma:
g1(y)/g2(y)*y'= f2(x)/f1(x).

Dividamos ambos miembros de la ecuación en g2(y)
$$\sin^{2}{\left(y{\left(x \right)} \right)}$$
obtendremos
$$\frac{\frac{d}{d x} y{\left(x \right)}}{\sin^{2}{\left(y{\left(x \right)} \right)}} = \frac{1}{x^{8}}$$
Con esto hemos separado las variables x y y.

Ahora multipliquemos las dos partes de la ecuación por dx,
entonces la ecuación será así
$$\frac{dx \frac{d}{d x} y{\left(x \right)}}{\sin^{2}{\left(y{\left(x \right)} \right)}} = \frac{dx}{x^{8}}$$
o
$$\frac{dy}{\sin^{2}{\left(y{\left(x \right)} \right)}} = \frac{dx}{x^{8}}$$

Tomemos la integral de las dos partes de la ecuación:
- de la parte izquierda la integral por y,
- de la parte derecha la integral por x.
$$\int \frac{1}{\sin^{2}{\left(y \right)}}\, dy = \int \frac{1}{x^{8}}\, dx$$
Solución detallada de la integral con y
Solución detallada de la integral con x
Tomemos estas integrales
$$- \frac{\cos{\left(y \right)}}{\sin{\left(y \right)}} = Const - \frac{1}{7 x^{7}}$$
Solución detallada de una ecuación simple
Hemos recibido una ecuación ordinaria con la incógnica y.
(Const - es una constante)

La solución:
$$\operatorname{y_{1}} = y{\left(x \right)} = - 2 \operatorname{atan}{\left(- C_{1} + \frac{\sqrt{49 C_{1}^{2} x^{14} - 14 C_{1} x^{7} + 49 x^{14} + 1}}{7 x^{7}} + \frac{1}{7 x^{7}} \right)}$$
$$\operatorname{y_{2}} = y{\left(x \right)} = 2 \operatorname{atan}{\left(C_{1} + \frac{\sqrt{49 C_{1}^{2} x^{14} - 14 C_{1} x^{7} + 49 x^{14} + 1}}{7 x^{7}} - \frac{1}{7 x^{7}} \right)}$$
Respuesta [src]
              /                ____________________________________\
              |               /         14          7        2  14 |
              |       1     \/  1 + 49*x   - 14*C1*x  + 49*C1 *x   |
y(x) = -2*atan|-C1 + ---- + ---------------------------------------|
              |         7                        7                 |
              \      7*x                      7*x                  /
$$y{\left(x \right)} = - 2 \operatorname{atan}{\left(- C_{1} + \frac{\sqrt{49 C_{1}^{2} x^{14} - 14 C_{1} x^{7} + 49 x^{14} + 1}}{7 x^{7}} + \frac{1}{7 x^{7}} \right)}$$
             /               ____________________________________\
             |              /         14          7        2  14 |
             |      1     \/  1 + 49*x   - 14*C1*x  + 49*C1 *x   |
y(x) = 2*atan|C1 - ---- + ---------------------------------------|
             |        7                        7                 |
             \     7*x                      7*x                  /
$$y{\left(x \right)} = 2 \operatorname{atan}{\left(C_{1} + \frac{\sqrt{49 C_{1}^{2} x^{14} - 14 C_{1} x^{7} + 49 x^{14} + 1}}{7 x^{7}} - \frac{1}{7 x^{7}} \right)}$$
Gráfico para el problema de Cauchy
Clasificación
factorable
separable
lie group
separable Integral
Respuesta numérica [src]
(x, y):
(-10.0, 0.75)
(-7.777777777777778, 0.7500000872766309)
(-5.555555555555555, 0.7500004847745622)
(-3.333333333333333, 0.7500147302935677)
(-1.1111111111111107, 0.7828568292160096)
(1.1111111111111107, 6.28294539144359)
(3.333333333333334, 3.1933833808213433e-248)
(5.555555555555557, 7.793670397367311e-43)
(7.777777777777779, 8.388243567354917e+296)
(10.0, 3.861029683e-315)
(10.0, 3.861029683e-315)