Sr Examen

Ecuación diferencial dy/dx=2+e^(y+x-5)

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               -5 + x + y(x)
--(y(x)) = 2 + e             
dx                           
$$\frac{d}{d x} y{\left(x \right)} = e^{x + y{\left(x \right)} - 5} + 2$$
y' = exp(x + y - 5) + 2
Solución detallada
Tenemos la ecuación:
$$- e^{x + y{\left(x \right)} - 5} + \frac{d}{d x} y{\left(x \right)} - 2 = 0$$
Sustituimos
$$u{\left(x \right)} = x + y{\left(x \right)} - 5$$
y porque
$$\frac{d}{d x} y{\left(x \right)} + 1 = \frac{d}{d x} u{\left(x \right)}$$
entonces
$$\frac{d}{d x} y{\left(x \right)} = \frac{d}{d x} u{\left(x \right)} - 1$$
sustituimos
$$- \frac{e^{x} e^{- x + u{\left(x \right)} + 5}}{e^{5}} + \frac{d}{d x} \left(- x + u{\left(x \right)} + 5\right) - 2 = 0$$
o
$$- e^{u{\left(x \right)}} + \frac{d}{d x} u{\left(x \right)} - 3 = 0$$
Esta ecuación diferencial tiene la forma:
f1(x)*g1(u)*u' = f2(x)*g2(u),

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

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

Ahora multipliquemos las dos partes de la ecuación por dx,
entonces la ecuación será así
$$- \frac{dx \frac{d}{d x} u{\left(x \right)}}{e^{u{\left(x \right)}} + 3} = - dx$$
o
$$- \frac{du}{e^{u{\left(x \right)}} + 3} = - dx$$

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

La solución:
$$\operatorname{u_{1}} = x - \frac{u{\left(x \right)}}{3} + \frac{\log{\left(e^{u{\left(x \right)}} + 3 \right)}}{3} = C_{1}$$
hacemos cambio inverso
$$y{\left(x \right)} = - x + u{\left(x \right)} + 5$$
$$y1 = y(x) = C_{1} - x + 5$$
Gráfico para el problema de Cauchy
Clasificación
factorable
1st power series
lie group
Respuesta numérica [src]
(x, y):
(-10.0, 0.75)
(-7.777777777777778, 5.194614551884989)
(-5.555555555555555, 9.781934989020554)
(-3.333333333333333, 49.767930024083526)
(-1.1111111111111107, 2.78363573e-315)
(1.1111111111111107, 6.971028255580836e+173)
(3.333333333333334, 3.1933833808213398e-248)
(5.555555555555557, 6.535969162136475e-42)
(7.777777777777779, 8.388243567336703e+296)
(10.0, 3.861029683e-315)
(10.0, 3.861029683e-315)