Sr Examen

Ecuación diferencial dy/dx=4y/x(y-3)

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]
d          4*(-3 + y(x))*y(x)
--(y(x)) = ------------------
dx                 x         
$$\frac{d}{d x} y{\left(x \right)} = \frac{4 \left(y{\left(x \right)} - 3\right) y{\left(x \right)}}{x}$$
y' = 4*(y - 3)*y/x
Solución detallada
Tenemos la ecuación:
$$\frac{d}{d x} y{\left(x \right)} = \frac{4 \left(y{\left(x \right)} - 3\right) y{\left(x \right)}}{x}$$
Esta ecuación diferencial tiene la forma:
f1(x)*g1(y)*y' = f2(x)*g2(y),

donde
$$\operatorname{f_{1}}{\left(x \right)} = 1$$
$$\operatorname{g_{1}}{\left(y \right)} = 1$$
$$\operatorname{f_{2}}{\left(x \right)} = - \frac{1}{x}$$
$$\operatorname{g_{2}}{\left(y \right)} = - 4 \left(y{\left(x \right)} - 3\right) y{\left(x \right)}$$
Pasemos la ecuación a la forma:
g1(y)/g2(y)*y'= f2(x)/f1(x).

Dividamos ambos miembros de la ecuación en g2(y)
$$- 4 \left(y{\left(x \right)} - 3\right) y{\left(x \right)}$$
obtendremos
$$- \frac{\frac{d}{d x} y{\left(x \right)}}{4 \left(y{\left(x \right)} - 3\right) y{\left(x \right)}} = - \frac{1}{x}$$
Con esto hemos separado las variables x y y.

Ahora multipliquemos las dos partes de la ecuación por dx,
entonces la ecuación será así
$$- \frac{dx \frac{d}{d x} y{\left(x \right)}}{4 \left(y{\left(x \right)} - 3\right) y{\left(x \right)}} = - \frac{dx}{x}$$
o
$$- \frac{dy}{4 \left(y{\left(x \right)} - 3\right) y{\left(x \right)}} = - \frac{dx}{x}$$

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.
$$\int \left(- \frac{1}{4 y \left(y - 3\right)}\right)\, dy = \int \left(- \frac{1}{x}\right)\, dx$$
Solución detallada de la integral con y
Solución detallada de la integral con x
Tomemos estas integrales
$$\frac{\log{\left(y \right)}}{12} - \frac{\log{\left(y - 3 \right)}}{12} = Const - \log{\left(x \right)}$$
Solución detallada de una ecuación simple
Hemos recibido una ecuación ordinaria con la incógnica y.
(Const - es una constante)

La solución:
$$\operatorname{y_{1}} = y{\left(x \right)} = - \frac{3}{C_{1} x^{12} - 1}$$
Respuesta [src]
           -3     
y(x) = -----------
                12
       -1 + C1*x  
$$y{\left(x \right)} = - \frac{3}{C_{1} x^{12} - 1}$$
Gráfico para el problema de Cauchy
Clasificación
separable
1st exact
Bernoulli
separable reduced
lie group
separable Integral
1st exact Integral
Bernoulli Integral
separable reduced Integral
Respuesta numérica [src]
(x, y):
(-10.0, 0.75)
(-7.777777777777778, 2.6154644799434075)
(-5.555555555555555, 2.9922402487073865)
(-3.333333333333333, 2.999983073350096)
(-1.1111111111111107, 3.000000002297116)
(1.1111111111111107, 2.999999999747461)
(3.333333333333334, 2.999999999530449)
(5.555555555555557, 2.9999999996642708)
(7.777777777777779, 2.999999999798092)
(10.0, 2.999999999931914)
(10.0, 2.999999999931914)