Sr Examen

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

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

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

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

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

La solución:
$$\operatorname{y_{1}} = y{\left(x \right)} = - 2 \operatorname{acos}{\left(\frac{- C_{1} - e^{4 \sin{\left(\frac{x}{2} \right)}}}{C_{1} - e^{4 \sin{\left(\frac{x}{2} \right)}}} \right)} + 4 \pi$$
$$\operatorname{y_{2}} = y{\left(x \right)} = 2 \operatorname{acos}{\left(\frac{- C_{1} - e^{4 \sin{\left(\frac{x}{2} \right)}}}{C_{1} - e^{4 \sin{\left(\frac{x}{2} \right)}}} \right)}$$
Respuesta [src]
               /            /x\\       
               |       4*sin|-||       
               |            \2/|       
               |-C1 - e        |       
y(x) = - 2*acos|---------------| + 4*pi
               |            /x\|       
               |       4*sin|-||       
               |            \2/|       
               \ C1 - e        /       
$$y{\left(x \right)} = - 2 \operatorname{acos}{\left(\frac{- C_{1} - e^{4 \sin{\left(\frac{x}{2} \right)}}}{C_{1} - e^{4 \sin{\left(\frac{x}{2} \right)}}} \right)} + 4 \pi$$
             /            /x\\
             |       4*sin|-||
             |            \2/|
             |-C1 - e        |
y(x) = 2*acos|---------------|
             |            /x\|
             |       4*sin|-||
             |            \2/|
             \ C1 - e        /
$$y{\left(x \right)} = 2 \operatorname{acos}{\left(\frac{- C_{1} - e^{4 \sin{\left(\frac{x}{2} \right)}}}{C_{1} - e^{4 \sin{\left(\frac{x}{2} \right)}}} \right)}$$
Gráfico para el problema de Cauchy
Clasificación
factorable
1st exact
1st power series
lie group
1st exact Integral
Respuesta numérica [src]
(x, y):
(-10.0, 0.75)
(-7.777777777777778, 1.2809954895346587)
(-5.555555555555555, 4.830315948935171)
(-3.333333333333333, 5.861679104374654)
(-1.1111111111111107, 5.229531394962092)
(1.1111111111111107, 1.6904660899832242)
(3.333333333333334, 0.6983285765649605)
(5.555555555555557, 2.2596572814572657)
(7.777777777777779, 5.497873963104644)
(10.0, 5.830034914464597)
(10.0, 5.830034914464597)