Ecuación diferencial dy/dx=(x+3*y-5)/(x-y-1)

Tenemos la ecuación:
$$\frac{d}{d x} y{\left(x \right)} - \frac{x + 3 y{\left(x \right)} - 5}{x - y{\left(x \right)} - 1} = 0$$
Sustituimos
$$u{\left(x \right)} = \frac{y{\left(x \right)} - 1}{x - 2}$$
y porque
$$y{\left(x \right)} = \left(x - 2\right) u{\left(x \right)} + 1$$
entonces
$$\frac{d}{d x} y{\left(x \right)} = \left(x - 2\right) \frac{d}{d x} u{\left(x \right)} + u{\left(x \right)}$$
sustituimos
$$- \frac{x}{x - \left(x - 2\right) u{\left(x \right)} - 2} + \left(x - 2\right) \frac{d}{d x} u{\left(x \right)} - \frac{3 \left(\left(x - 2\right) u{\left(x \right)} + 1\right)}{x - \left(x - 2\right) u{\left(x \right)} - 2} + u{\left(x \right)} + \frac{5}{x - \left(x - 2\right) u{\left(x \right)} - 2} = 0$$
o
$$\left(x - 2\right) \frac{d}{d x} u{\left(x \right)} + \frac{u^{2}{\left(x \right)} + 2 u{\left(x \right)} + 1}{u{\left(x \right)} - 1} = 0$$
Esta ecuación diferencial tiene la forma:

f1(x)*g1(u)*u' = f2(x)*g2(u),

donde
$$\operatorname{f_{1}}{\left(x \right)} = x - 2$$
$$\operatorname{g_{1}}{\left(u \right)} = 1$$
$$\operatorname{f_{2}}{\left(x \right)} = -1$$
$$\operatorname{g_{2}}{\left(u \right)} = \frac{u^{2}{\left(x \right)} + 2 u{\left(x \right)} + 1}{u{\left(x \right)} - 1}$$
Pasemos la ecuación a la forma:

g1(u)/g2(u)*u'= f2(x)/f1(x).

Dividamos ambos miembros de la ecuación en f1(x)
$$x - 2$$
obtendremos
$$\frac{d}{d x} u{\left(x \right)} = - \frac{u^{2}{\left(x \right)} + 2 u{\left(x \right)} + 1}{\left(x - 2\right) \left(u{\left(x \right)} - 1\right)}$$
Dividamos ambos miembros de la ecuación en g2(u)
$$\frac{u^{2}{\left(x \right)} + 2 u{\left(x \right)} + 1}{u{\left(x \right)} - 1}$$
obtendremos
$$\frac{\left(u{\left(x \right)} - 1\right) \frac{d}{d x} u{\left(x \right)}}{u^{2}{\left(x \right)} + 2 u{\left(x \right)} + 1} = - \frac{1}{x - 2}$$
Con esto hemos separado las variables x y u.

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

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

hacemos cambio inverso
$$u{\left(x \right)} = \frac{y{\left(x \right)} - 1}{x - 2}$$
$$\log{\left(1 + \frac{y{\left(x \right)} - 1}{x - 2} \right)} + \frac{2}{1 + \frac{y{\left(x \right)} - 1}{x - 2}} = Const - \log{\left(x - 2 \right)}$$