Sr Examen

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Ecuación diferencial sin(x)cos^2(y)dx-cos(x)sin(y)dy=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                d                            
cos (y(x))*sin(x) - --(y(x))*cos(x)*sin(y(x)) = 0
                    dx                           
$$\sin{\left(x \right)} \cos^{2}{\left(y{\left(x \right)} \right)} - \sin{\left(y{\left(x \right)} \right)} \cos{\left(x \right)} \frac{d}{d x} y{\left(x \right)} = 0$$
sin(x)*cos(y)^2 - sin(y)*cos(x)*y' = 0
Solución detallada
Tenemos la ecuación:
$$\sin{\left(x \right)} \cos^{2}{\left(y{\left(x \right)} \right)} - \sin{\left(y{\left(x \right)} \right)} \cos{\left(x \right)} \frac{d}{d x} y{\left(x \right)} = 0$$
Esta ecuación diferencial tiene la forma:
f1(x)*g1(y)*y' = f2(x)*g2(y),

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

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

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

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

La solución:
$$\operatorname{y_{1}} = y{\left(x \right)} = - \operatorname{acos}{\left(\frac{1}{C_{1} - \log{\left(\cos{\left(x \right)} \right)}} \right)} + 2 \pi$$
$$\operatorname{y_{2}} = y{\left(x \right)} = \operatorname{acos}{\left(\frac{1}{C_{1} - \log{\left(\cos{\left(x \right)} \right)}} \right)}$$
Respuesta [src]
             /       1        \       
y(x) = - acos|----------------| + 2*pi
             \C1 - log(cos(x))/       
$$y{\left(x \right)} = - \operatorname{acos}{\left(\frac{1}{C_{1} - \log{\left(\cos{\left(x \right)} \right)}} \right)} + 2 \pi$$
           /       1        \
y(x) = acos|----------------|
           \C1 - log(cos(x))/
$$y{\left(x \right)} = \operatorname{acos}{\left(\frac{1}{C_{1} - \log{\left(\cos{\left(x \right)} \right)}} \right)}$$
Gráfico para el problema de Cauchy
Clasificación
factorable
separable
1st exact
1st power series
lie group
separable Integral
1st exact Integral
Respuesta numérica [src]
(x, y):
(-10.0, 0.75)
(-7.777777777777778, 1.5413675312393325)
(-5.555555555555555, 2.17e-322)
(-3.333333333333333, nan)
(-1.1111111111111107, 2.78363573e-315)
(1.1111111111111107, 8.427456047434801e+197)
(3.333333333333334, 3.1933833808213433e-248)
(5.555555555555557, 6.397106897951207e+170)
(7.777777777777779, 8.388243566974916e+296)
(10.0, 3.861029683e-315)
(10.0, 3.861029683e-315)