Sr Examen

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Ecuación diferencial dx*(2*x-e^(-x)*y)+dy*e^(-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]
      d         -x    -x         
2*x + --(y(x))*e   - e  *y(x) = 0
      dx                         
$$2 x - y{\left(x \right)} e^{- x} + e^{- x} \frac{d}{d x} y{\left(x \right)} = 0$$
2*x - y*exp(-x) + exp(-x)*y' = 0
Solución detallada
Dividamos las dos partes de la ecuación al factor de la derivada de y':
$$e^{- x}$$
Recibimos la ecuación:
$$\left(2 x - y{\left(x \right)} e^{- x} + e^{- x} \frac{d}{d x} y{\left(x \right)}\right) e^{x} = 0$$
Esta ecuación diferencial tiene la forma:
y' + P(x)y = Q(x)

donde
$$P{\left(x \right)} = -1$$
y
$$Q{\left(x \right)} = - 2 x e^{x}$$
y se llama lineal homogénea
ecuación diferencial de 1 orden:
Primero resolvamos la ecuación lineal homogénea correspondiente
y' + P(x)y = 0

con variables separables
Esta ecuación se resuelve con los pasos siguientes:
De y' + P(x)y = 0 obtenemos

$$\frac{dy}{y} = - P{\left(x \right)} dx$$, con y no igual a 0
$$\int \frac{1}{y}\, dy = - \int P{\left(x \right)}\, dx$$
$$\log{\left(\left|{y}\right| \right)} = - \int P{\left(x \right)}\, dx$$
O,
$$\left|{y}\right| = e^{- \int P{\left(x \right)}\, dx}$$
Por eso,
$$y_{1} = e^{- \int P{\left(x \right)}\, dx}$$
$$y_{2} = - e^{- \int P{\left(x \right)}\, dx}$$
De la expresión se ve que hay que encontrar la integral:
$$\int P{\left(x \right)}\, dx$$
Como
$$P{\left(x \right)} = -1$$, entonces
$$\int P{\left(x \right)}\, dx$$ =
= $$\int \left(-1\right)\, dx = - x + Const$$
Solución detallada de la integral
Es decir, la solución de la ecuación lineal homogénea es:
$$y_{1} = e^{C_{1} + x}$$
$$y_{2} = - e^{C_{2} + x}$$
lo que corresponde a la solución
con cualquier constante C no igual a cero:
$$y = C e^{x}$$
Hemos encontrado la solución de la ecuación homogénea correspondiente
Ahora hay que resolver nuestra ecuación heterogénea
y' + P(x)y = Q(x)

Usamos el método de variación de la constante arbitraria
Ahora consideremos que C es la función de x

$$y = C{\left(x \right)} e^{x}$$
Y lo sustituimos en la ecuación inicial.
Usando las reglas
- de diferenciación del producto;
- de la derivada de una función compuesta,
hallamos que
$$\frac{d}{d x} C{\left(x \right)} = Q{\left(x \right)} e^{\int P{\left(x \right)}\, dx}$$
Sustituimos Q(x) y P(x) en esta ecuación.
Recibimos la ecuación diferencial más simple para C(x):
$$\frac{d}{d x} C{\left(x \right)} = - 2 x$$
Es decir, C(x) =
$$\int \left(- 2 x\right)\, dx = - x^{2} + Const$$
Solución detallada de la integral
sustituimos C(x) en
$$y = C{\left(x \right)} e^{x}$$
y recibimos la respuesta definitiva para y(x):
$$e^{x} \left(- x^{2} + Const\right)$$
Respuesta [src]
       /      2\  x
y(x) = \C1 - x /*e 
$$y{\left(x \right)} = \left(C_{1} - x^{2}\right) e^{x}$$
Clasificación
1st exact
1st linear
almost linear
1st power series
lie group
1st exact Integral
1st linear Integral
almost linear Integral