Ecuación diferencial xt'+t=xt^3

Tenemos la ecuación:
$$- x t^{3}{\left(x \right)} + x \frac{d}{d x} t{\left(x \right)} + t{\left(x \right)} = 0$$
Sustituimos
$$u{\left(x \right)} = x t{\left(x \right)}$$
y porque
$$t{\left(x \right)} = \frac{u{\left(x \right)}}{x}$$
entonces
$$\frac{d}{d x} t{\left(x \right)} = \frac{\frac{d}{d x} u{\left(x \right)}}{x} - \frac{u{\left(x \right)}}{x^{2}}$$
sustituimos
$$x \frac{d}{d x} \frac{u{\left(x \right)}}{x} + \frac{u{\left(x \right)}}{x} - \frac{u^{3}{\left(x \right)}}{x^{2}} = 0$$
o
$$\frac{d}{d x} u{\left(x \right)} - \frac{u^{3}{\left(x \right)}}{x^{2}} = 0$$
Esta ecuación diferencial tiene la forma:

f1(x)*g1(u)*u' = f2(x)*g2(u),

donde
$$\operatorname{f_{1}}{\left(x \right)} = 1$$
$$\operatorname{g_{1}}{\left(u \right)} = 1$$
$$\operatorname{f_{2}}{\left(x \right)} = - \frac{1}{x^{2}}$$
$$\operatorname{g_{2}}{\left(u \right)} = - u^{3}{\left(x \right)}$$
Pasemos la ecuación a la forma:

g1(u)/g2(u)*u'= f2(x)/f1(x).

Dividamos ambos miembros de la ecuación en g2(u)
$$- u^{3}{\left(x \right)}$$
obtendremos
$$- \frac{\frac{d}{d x} u{\left(x \right)}}{u^{3}{\left(x \right)}} = - \frac{1}{x^{2}}$$
Con esto hemos separado las variables x y u.

Ahora multipliquemos las dos partes de la ecuación por dx,
entonces la ecuación será así
$$- \frac{dx \frac{d}{d x} u{\left(x \right)}}{u^{3}{\left(x \right)}} = - \frac{dx}{x^{2}}$$
o
$$- \frac{du}{u^{3}{\left(x \right)}} = - \frac{dx}{x^{2}}$$

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

La solución:
$$\operatorname{u_{1}} = u{\left(x \right)} = - \frac{\sqrt{2} \sqrt{- \frac{x}{C_{1} x - 1}}}{2}$$
$$\operatorname{u_{2}} = u{\left(x \right)} = \frac{\sqrt{2} \sqrt{- \frac{x}{C_{1} x - 1}}}{2}$$
hacemos cambio inverso
$$t{\left(x \right)} = \frac{u{\left(x \right)}}{x}$$
$$t1 = t(x) = - \frac{\sqrt{2} \sqrt{- \frac{x}{C_{1} x - 1}}}{2 x}$$
$$t2 = t(x) = \frac{\sqrt{2} \sqrt{- \frac{x}{C_{1} x - 1}}}{2 x}$$