Sr Examen

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Ecuación diferencial yy'(x^2+1)-1=y^4

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\ d                4   
-1 + \1 + x /*--(y(x))*y(x) = y (x)
              dx                   
$$\left(x^{2} + 1\right) y{\left(x \right)} \frac{d}{d x} y{\left(x \right)} - 1 = y^{4}{\left(x \right)}$$
(x^2 + 1)*y*y' - 1 = y^4
Solución detallada
Tenemos la ecuación:
$$\left(x^{2} + 1\right) y{\left(x \right)} \frac{d}{d x} y{\left(x \right)} - 1 = y^{4}{\left(x \right)}$$
Esta ecuación diferencial tiene la forma:
f1(x)*g1(y)*y' = f2(x)*g2(y),

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

Dividamos ambos miembros de la ecuación en g2(y)
$$- \frac{y^{4}{\left(x \right)} + 1}{y{\left(x \right)}}$$
obtendremos
$$- \frac{y{\left(x \right)} \frac{d}{d x} y{\left(x \right)}}{y^{4}{\left(x \right)} + 1} = - \frac{1}{x^{2} + 1}$$
Con esto hemos separado las variables x y y.

Ahora multipliquemos las dos partes de la ecuación por dx,
entonces la ecuación será así
$$- \frac{dx y{\left(x \right)} \frac{d}{d x} y{\left(x \right)}}{y^{4}{\left(x \right)} + 1} = - \frac{dx}{x^{2} + 1}$$
o
$$- \frac{dy y{\left(x \right)}}{y^{4}{\left(x \right)} + 1} = - \frac{dx}{x^{2} + 1}$$

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.
$$\int \left(- \frac{y}{y^{4} + 1}\right)\, dy = \int \left(- \frac{1}{x^{2} + 1}\right)\, dx$$
Solución detallada de la integral con y
Solución detallada de la integral con x
Tomemos estas integrales
$$- \frac{\operatorname{atan}{\left(y^{2} \right)}}{2} = Const - \operatorname{atan}{\left(x \right)}$$
Solución detallada de una ecuación simple
Hemos recibido una ecuación ordinaria con la incógnica y.
(Const - es una constante)

La solución:
$$\operatorname{y_{1}} = y{\left(x \right)} = - \sqrt{- \tan{\left(C_{1} - 2 \operatorname{atan}{\left(x \right)} \right)}}$$
$$\operatorname{y_{2}} = y{\left(x \right)} = \sqrt{- \tan{\left(C_{1} - 2 \operatorname{atan}{\left(x \right)} \right)}}$$
Respuesta [src]
          ______________________
y(x) = -\/ -tan(C1 - 2*atan(x)) 
$$y{\left(x \right)} = - \sqrt{- \tan{\left(C_{1} - 2 \operatorname{atan}{\left(x \right)} \right)}}$$
         ______________________
y(x) = \/ -tan(C1 - 2*atan(x)) 
$$y{\left(x \right)} = \sqrt{- \tan{\left(C_{1} - 2 \operatorname{atan}{\left(x \right)} \right)}}$$
Clasificación
separable
1st power series
lie group
separable Integral