Sr Examen

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

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                                 
--(y(x)) = (1 - x)*(1 + y(x))*y(x)
dx                                
$$\frac{d}{d x} y{\left(x \right)} = \left(1 - x\right) \left(y{\left(x \right)} + 1\right) y{\left(x \right)}$$
y' = (1 - x)*(y + 1)*y
Solución detallada
Tenemos la ecuación:
$$\frac{d}{d x} y{\left(x \right)} = \left(1 - x\right) \left(y{\left(x \right)} + 1\right) y{\left(x \right)}$$
Esta ecuación diferencial tiene la forma:
f1(x)*g1(y)*y' = f2(x)*g2(y),

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

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

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

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

La solución:
$$\operatorname{y_{1}} = y{\left(x \right)} = \frac{e^{2 C_{1} + 2 x} - \sqrt{e^{2 C_{1} + x^{2} + 2 x}}}{e^{x^{2}} - e^{2 C_{1} + 2 x}}$$
$$\operatorname{y_{2}} = y{\left(x \right)} = \frac{e^{2 C_{1} + 2 x} + \sqrt{e^{2 C_{1} + x^{2} + 2 x}}}{e^{x^{2}} - e^{2 C_{1} + 2 x}}$$
Respuesta [src]
             __________________              
            /   2                            
           /   x  + 2*C1 + 2*x     2*C1 + 2*x
       - \/   e                 + e          
y(x) = --------------------------------------
                                / 2\         
                  2*C1 + 2*x    \x /         
               - e           + e             
$$y{\left(x \right)} = \frac{e^{2 C_{1} + 2 x} - \sqrt{e^{2 C_{1} + x^{2} + 2 x}}}{e^{x^{2}} - e^{2 C_{1} + 2 x}}$$
           __________________              
          /   2                            
         /   x  + 2*C1 + 2*x     2*C1 + 2*x
       \/   e                 + e          
y(x) = ------------------------------------
                               / 2\        
                 2*C1 + 2*x    \x /        
              - e           + e            
$$y{\left(x \right)} = \frac{e^{2 C_{1} + 2 x} + \sqrt{e^{2 C_{1} + x^{2} + 2 x}}}{e^{x^{2}} - e^{2 C_{1} + 2 x}}$$
Gráfico para el problema de Cauchy
Clasificación
separable
1st exact
1st power series
lie group
separable Integral
1st exact Integral
Respuesta numérica [src]
(x, y):
(-10.0, 0.75)
(-7.777777777777778, 950556195.6090639)
(-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, 2.583927686929724e-57)
(7.777777777777779, 8.388243566957817e+296)
(10.0, 9.036991477623112e-277)
(10.0, 9.036991477623112e-277)