Sr Examen

Ecuación diferencial xy`+y=y^3

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                  3   
x*--(y(x)) + y(x) = y (x)
  dx                     
$$x \frac{d}{d x} y{\left(x \right)} + y{\left(x \right)} = y^{3}{\left(x \right)}$$
x*y' + y = y^3
Solución detallada
Tenemos la ecuación:
$$x \frac{d}{d x} y{\left(x \right)} + y{\left(x \right)} = y^{3}{\left(x \right)}$$
Esta ecuación diferencial tiene la forma:
f1(x)*g1(y)*y' = f2(x)*g2(y),

donde
$$\operatorname{f_{1}}{\left(x \right)} = 1$$
$$\operatorname{g_{1}}{\left(y \right)} = 1$$
$$\operatorname{f_{2}}{\left(x \right)} = \frac{1}{x}$$
$$\operatorname{g_{2}}{\left(y \right)} = y^{3}{\left(x \right)} - y{\left(x \right)}$$
Pasemos la ecuación a la forma:
g1(y)/g2(y)*y'= f2(x)/f1(x).

Dividamos ambos miembros de la ecuación en g2(y)
$$y^{3}{\left(x \right)} - y{\left(x \right)}$$
obtendremos
$$\frac{\frac{d}{d x} y{\left(x \right)}}{y^{3}{\left(x \right)} - y{\left(x \right)}} = \frac{1}{x}$$
Con esto hemos separado las variables x y y.

Ahora multipliquemos las dos partes de la ecuación por dx,
entonces la ecuación será así
$$\frac{dx \frac{d}{d x} y{\left(x \right)}}{y^{3}{\left(x \right)} - y{\left(x \right)}} = \frac{dx}{x}$$
o
$$\frac{dy}{y^{3}{\left(x \right)} - y{\left(x \right)}} = \frac{dx}{x}$$

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.
$$\int \frac{1}{y^{3} - y}\, dy = \int \frac{1}{x}\, dx$$
Solución detallada de la integral con y
Solución detallada de la integral con x
Tomemos estas integrales
$$- \log{\left(y \right)} + \frac{\log{\left(y^{2} - 1 \right)}}{2} = Const + \log{\left(x \right)}$$
Solución detallada de una ecuación simple
Hemos recibido una ecuación ordinaria con la incógnica y.
(Const - es una constante)

La solución:
$$\operatorname{y_{1}} = y{\left(x \right)} = - \sqrt{- \frac{C_{1}}{- C_{1} + x^{2}}}$$
$$\operatorname{y_{2}} = y{\left(x \right)} = \sqrt{- \frac{C_{1}}{- C_{1} + x^{2}}}$$
Respuesta [src]
             _________
            /   -C1   
y(x) = -   /  ------- 
          /    2      
        \/    x  - C1 
$$y{\left(x \right)} = - \sqrt{- \frac{C_{1}}{- C_{1} + x^{2}}}$$
            _________
           /   -C1   
y(x) =    /  ------- 
         /    2      
       \/    x  - C1 
$$y{\left(x \right)} = \sqrt{- \frac{C_{1}}{- C_{1} + x^{2}}}$$
Gráfico para el problema de Cauchy
Clasificación
separable
1st exact
Bernoulli
separable reduced
lie group
separable Integral
1st exact Integral
Bernoulli Integral
separable reduced Integral
Respuesta numérica [src]
(x, y):
(-10.0, 0.75)
(-7.777777777777778, 0.8246437367148204)
(-5.555555555555555, 0.8980066556373503)
(-3.333333333333333, 0.9594032248266375)
(-1.1111111111111107, 0.9952332401133033)
(1.1111111111111107, 0.9952483150442357)
(3.333333333333334, 0.9595248088755209)
(5.555555555555557, 0.8982837424651635)
(7.777777777777779, 0.8250644768728951)
(10.0, 0.7505234260985909)
(10.0, 0.7505234260985909)