Sr Examen
Ecuación diferencial sqrt(y^2+9)+(3*(x^2)*y+3*y)*y'=0
El profesor se sorprenderá mucho al ver tu solución correcta😉
⌨
Solución
Ha introducido
[src]
___________
/ 2 / 2 \ d
\/ 9 + y (x) + \3*y(x) + 3*x *y(x)/*--(y(x)) = 0
dx
$$\left(3 x^{2} y{\left(x \right)} + 3 y{\left(x \right)}\right) \frac{d}{d x} y{\left(x \right)} + \sqrt{y^{2}{\left(x \right)} + 9} = 0$$
(3*x^2*y + 3*y)*y' + sqrt(y^2 + 9) = 0
Solución detallada
Tenemos la ecuación:
$$\left(3 x^{2} y{\left(x \right)} + 3 y{\left(x \right)}\right) \frac{d}{d x} y{\left(x \right)} + \sqrt{y^{2}{\left(x \right)} + 9} = 0$$
Esta ecuación diferencial tiene la forma:
donde
$$\operatorname{f_{1}}{\left(x \right)} = 1$$
$$\operatorname{g_{1}}{\left(y \right)} = 1$$
$$\operatorname{f_{2}}{\left(x \right)} = - \frac{1}{x^{2} + 1}$$
$$\operatorname{g_{2}}{\left(y \right)} = \frac{\sqrt{y^{2}{\left(x \right)} + 9}}{3 y{\left(x \right)}}$$
Pasemos la ecuación a la forma:
Dividamos ambos miembros de la ecuación en g2(y)
$$\frac{\sqrt{y^{2}{\left(x \right)} + 9}}{3 y{\left(x \right)}}$$
obtendremos
$$\frac{3 y{\left(x \right)} \frac{d}{d x} y{\left(x \right)}}{\sqrt{y^{2}{\left(x \right)} + 9}} = - \frac{1}{x^{2} + 1}$$
Con esto hemos separado las variables x y y.
Ahora multipliquemos las dos partes de la ecuación por dx,
entonces la ecuación será así
$$\frac{3 dx y{\left(x \right)} \frac{d}{d x} y{\left(x \right)}}{\sqrt{y^{2}{\left(x \right)} + 9}} = - \frac{dx}{x^{2} + 1}$$
o
$$\frac{3 dy y{\left(x \right)}}{\sqrt{y^{2}{\left(x \right)} + 9}} = - \frac{dx}{x^{2} + 1}$$
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.
$$\int \frac{3 y}{\sqrt{y^{2} + 9}}\, dy = \int \left(- \frac{1}{x^{2} + 1}\right)\, dx$$
Tomemos estas integrales
$$3 \sqrt{y^{2} + 9} = Const - \operatorname{atan}{\left(x \right)}$$
Hemos recibido una ecuación ordinaria con la incógnica y.
(Const - es una constante)
La solución:
$$\operatorname{y_{1}} = y{\left(x \right)} = - \frac{\sqrt{C_{1}^{2} - 2 C_{1} \operatorname{atan}{\left(x \right)} + \operatorname{atan}^{2}{\left(x \right)} - 81}}{3}$$
$$\operatorname{y_{2}} = y{\left(x \right)} = \frac{\sqrt{C_{1}^{2} - 2 C_{1} \operatorname{atan}{\left(x \right)} + \operatorname{atan}^{2}{\left(x \right)} - 81}}{3}$$
$$\left(3 x^{2} y{\left(x \right)} + 3 y{\left(x \right)}\right) \frac{d}{d x} y{\left(x \right)} + \sqrt{y^{2}{\left(x \right)} + 9} = 0$$
Esta ecuación diferencial tiene la forma:
f1(x)*g1(y)*y' = f2(x)*g2(y),
donde
$$\operatorname{f_{1}}{\left(x \right)} = 1$$
$$\operatorname{g_{1}}{\left(y \right)} = 1$$
$$\operatorname{f_{2}}{\left(x \right)} = - \frac{1}{x^{2} + 1}$$
$$\operatorname{g_{2}}{\left(y \right)} = \frac{\sqrt{y^{2}{\left(x \right)} + 9}}{3 y{\left(x \right)}}$$
Pasemos la ecuación a la forma:
g1(y)/g2(y)*y'= f2(x)/f1(x).
Dividamos ambos miembros de la ecuación en g2(y)
$$\frac{\sqrt{y^{2}{\left(x \right)} + 9}}{3 y{\left(x \right)}}$$
obtendremos
$$\frac{3 y{\left(x \right)} \frac{d}{d x} y{\left(x \right)}}{\sqrt{y^{2}{\left(x \right)} + 9}} = - \frac{1}{x^{2} + 1}$$
Con esto hemos separado las variables x y y.
Ahora multipliquemos las dos partes de la ecuación por dx,
entonces la ecuación será así
$$\frac{3 dx y{\left(x \right)} \frac{d}{d x} y{\left(x \right)}}{\sqrt{y^{2}{\left(x \right)} + 9}} = - \frac{dx}{x^{2} + 1}$$
o
$$\frac{3 dy y{\left(x \right)}}{\sqrt{y^{2}{\left(x \right)} + 9}} = - \frac{dx}{x^{2} + 1}$$
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.
$$\int \frac{3 y}{\sqrt{y^{2} + 9}}\, dy = \int \left(- \frac{1}{x^{2} + 1}\right)\, dx$$
Tomemos estas integrales
$$3 \sqrt{y^{2} + 9} = Const - \operatorname{atan}{\left(x \right)}$$
Hemos recibido una ecuación ordinaria con la incógnica y.
(Const - es una constante)
La solución:
$$\operatorname{y_{1}} = y{\left(x \right)} = - \frac{\sqrt{C_{1}^{2} - 2 C_{1} \operatorname{atan}{\left(x \right)} + \operatorname{atan}^{2}{\left(x \right)} - 81}}{3}$$
$$\operatorname{y_{2}} = y{\left(x \right)} = \frac{\sqrt{C_{1}^{2} - 2 C_{1} \operatorname{atan}{\left(x \right)} + \operatorname{atan}^{2}{\left(x \right)} - 81}}{3}$$
Respuesta
[src]
_____________________________________
/ 2 2
-\/ -81 + C1 + atan (x) - 2*C1*atan(x)
y(x) = ------------------------------------------
3
$$y{\left(x \right)} = - \frac{\sqrt{C_{1}^{2} - 2 C_{1} \operatorname{atan}{\left(x \right)} + \operatorname{atan}^{2}{\left(x \right)} - 81}}{3}$$
_____________________________________
/ 2 2
\/ -81 + C1 + atan (x) - 2*C1*atan(x)
y(x) = ----------------------------------------
3
$$y{\left(x \right)} = \frac{\sqrt{C_{1}^{2} - 2 C_{1} \operatorname{atan}{\left(x \right)} + \operatorname{atan}^{2}{\left(x \right)} - 81}}{3}$$
Gráfico para el problema de Cauchy
Clasificación
separable
1st power series
lie group
separable Integral
Respuesta numérica
[src]
(x, y):
(-10.0, 0.75)
(-7.777777777777778, 0.7102463541303893)
(-5.555555555555555, 0.6336460492140087)
(-3.333333333333333, 0.41376928234680554)
(-1.1111111111111107, 1.826336118173564e-08)
(1.1111111111111107, 0.0)
(3.333333333333334, 0.0)
(5.555555555555557, 0.0)
(7.777777777777779, 1.69759663287e-313)
(10.0, 0.0)
(10.0, 0.0)