Sr Examen

Ecuación diferencial (1-2(x+y))dy/dx+x+y+1=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                  
1 + x + (1 - 2*x - 2*y(x))*--(y(x)) + y(x) = 0
                           dx                 
$$x + \left(- 2 x - 2 y{\left(x \right)} + 1\right) \frac{d}{d x} y{\left(x \right)} + y{\left(x \right)} + 1 = 0$$
x + (-2*x - 2*y + 1)*y' + y + 1 = 0
Solución detallada
Tenemos la ecuación:
$$x + \left(- 2 x - 2 y{\left(x \right)} + 1\right) \frac{d}{d x} y{\left(x \right)} + y{\left(x \right)} + 1 = 0$$
Sustituimos
$$u{\left(x \right)} = - 2 x - 2 y{\left(x \right)} + 1$$
y porque
$$- 2 \frac{d}{d x} y{\left(x \right)} - 2 = \frac{d}{d x} u{\left(x \right)}$$
entonces
$$\frac{d}{d x} y{\left(x \right)} = - \frac{\frac{d}{d x} u{\left(x \right)}}{2} - 1$$
sustituimos
$$- 2 x \frac{d}{d x} \left(- x - \frac{u{\left(x \right)}}{2} + \frac{1}{2}\right) - 2 \left(- x - \frac{u{\left(x \right)}}{2} + \frac{1}{2}\right) \frac{d}{d x} \left(- x - \frac{u{\left(x \right)}}{2} + \frac{1}{2}\right) - \frac{u{\left(x \right)}}{2} + \frac{d}{d x} \left(- x - \frac{u{\left(x \right)}}{2} + \frac{1}{2}\right) + \frac{3}{2} = 0$$
o
$$- \frac{u{\left(x \right)} \frac{d}{d x} u{\left(x \right)}}{2} - \frac{3 u{\left(x \right)}}{2} + \frac{3}{2} = 0$$
Esta ecuación diferencial tiene la forma:
f1(x)*g1(u)*u' = f2(x)*g2(u),

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

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

Ahora multipliquemos las dos partes de la ecuación por dx,
entonces la ecuación será así
$$\frac{dx u{\left(x \right)} \frac{d}{d x} u{\left(x \right)}}{3 \left(u{\left(x \right)} - 1\right)} = - dx$$
o
$$\frac{du u{\left(x \right)}}{3 \left(u{\left(x \right)} - 1\right)} = - dx$$

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

La solución:
$$\operatorname{u_{1}} = u{\left(x \right)} = W\left(C_{1} e^{- 3 x - 1}\right) + 1$$
hacemos cambio inverso
$$y{\left(x \right)} = - x - \frac{u{\left(x \right)}}{2} + \frac{1}{2}$$
$$y1 = y(x) = - x - \frac{W\left(C_{1} e^{- 3 x - 1}\right)}{2}$$
Gráfico para el problema de Cauchy
Clasificación
factorable
1st power series
lie group
Respuesta numérica [src]
(x, y):
(-10.0, 0.75)
(-7.777777777777778, 1.6548217762020356)
(-5.555555555555555, 2.429755244537416)
(-3.333333333333333, 2.723629835641934)
(-1.1111111111111107, 1.1084981387640809)
(1.1111111111111107, -1.1111144533210744)
(3.333333333333334, -3.3333333377612777)
(5.555555555555557, -5.555555554095884)
(7.777777777777779, -7.777777777568852)
(10.0, -9.999999999835543)
(10.0, -9.999999999835543)