Sr Examen

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Ecuación diferencial sqrt(x^2+2)yy'-y^2-9=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]
                ________                  
      2        /      2  d                
-9 - y (x) + \/  2 + x  *--(y(x))*y(x) = 0
                         dx               
$$\sqrt{x^{2} + 2} y{\left(x \right)} \frac{d}{d x} y{\left(x \right)} - y^{2}{\left(x \right)} - 9 = 0$$
sqrt(x^2 + 2)*y*y' - y^2 - 9 = 0
Solución detallada
Tenemos la ecuación:
$$\sqrt{x^{2} + 2} y{\left(x \right)} \frac{d}{d x} y{\left(x \right)} - y^{2}{\left(x \right)} - 9 = 0$$
Esta ecuación diferencial tiene la forma:
f1(x)*g1(y)*y' = f2(x)*g2(y),

donde
$$\operatorname{f_{1}}{\left(x \right)} = 1$$
$$\operatorname{g_{1}}{\left(y \right)} = 1$$
$$\operatorname{f_{2}}{\left(x \right)} = - \frac{1}{\sqrt{x^{2} + 2}}$$
$$\operatorname{g_{2}}{\left(y \right)} = - \frac{y^{2}{\left(x \right)} + 9}{y{\left(x \right)}}$$
Pasemos la ecuación a la forma:
g1(y)/g2(y)*y'= f2(x)/f1(x).

Dividamos ambos miembros de la ecuación en g2(y)
$$- \frac{y^{2}{\left(x \right)} + 9}{y{\left(x \right)}}$$
obtendremos
$$- \frac{y{\left(x \right)} \frac{d}{d x} y{\left(x \right)}}{y^{2}{\left(x \right)} + 9} = - \frac{1}{\sqrt{x^{2} + 2}}$$
Con esto hemos separado las variables x y y.

Ahora multipliquemos las dos partes de la ecuación por dx,
entonces la ecuación será así
$$- \frac{dx y{\left(x \right)} \frac{d}{d x} y{\left(x \right)}}{y^{2}{\left(x \right)} + 9} = - \frac{dx}{\sqrt{x^{2} + 2}}$$
o
$$- \frac{dy y{\left(x \right)}}{y^{2}{\left(x \right)} + 9} = - \frac{dx}{\sqrt{x^{2} + 2}}$$

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.
$$\int \left(- \frac{y}{y^{2} + 9}\right)\, dy = \int \left(- \frac{1}{\sqrt{x^{2} + 2}}\right)\, dx$$
Solución detallada de la integral con y
Solución detallada de la integral con x
Tomemos estas integrales
$$- \frac{\log{\left(y^{2} + 9 \right)}}{2} = Const - \operatorname{asinh}{\left(\frac{\sqrt{2} x}{2} \right)}$$
Solución detallada de una ecuación simple
Hemos recibido una ecuación ordinaria con la incógnica y.
(Const - es una constante)

La solución:
$$\operatorname{y_{1}} = y{\left(x \right)} = - \sqrt{C_{1} e^{2 \operatorname{asinh}{\left(\frac{\sqrt{2} x}{2} \right)}} - 9}$$
$$\operatorname{y_{2}} = y{\left(x \right)} = \sqrt{C_{1} e^{2 \operatorname{asinh}{\left(\frac{\sqrt{2} x}{2} \right)}} - 9}$$
Respuesta [src]
              ___________________________
             /                 /    ___\ 
            /                  |x*\/ 2 | 
           /            2*asinh|-------| 
          /                    \   2   / 
y(x) = -\/     -9 + C1*e                 
$$y{\left(x \right)} = - \sqrt{C_{1} e^{2 \operatorname{asinh}{\left(\frac{\sqrt{2} x}{2} \right)}} - 9}$$
             ___________________________
            /                 /    ___\ 
           /                  |x*\/ 2 | 
          /            2*asinh|-------| 
         /                    \   2   / 
y(x) = \/     -9 + C1*e                 
$$y{\left(x \right)} = \sqrt{C_{1} e^{2 \operatorname{asinh}{\left(\frac{\sqrt{2} x}{2} \right)}} - 9}$$
Gráfico para el problema de Cauchy
Clasificación
separable
1st exact
Bernoulli
almost linear
1st power series
lie group
separable Integral
1st exact Integral
Bernoulli Integral
almost linear Integral
Respuesta numérica [src]
(x, y):
(-10.0, 0.75)
(-7.777777777777778, 2.589690745630849)
(-5.555555555555555, 4.617033330963963)
(-3.333333333333333, 8.419051254558438)
(-1.1111111111111107, 21.150081490805004)
(1.1111111111111107, 90.37233016092378)
(3.333333333333334, 216.09773994750384)
(5.555555555555557, 350.7948908839051)
(7.777777777777779, 487.3761947112503)
(10.0, 624.6280652134403)
(10.0, 624.6280652134403)