Sr Examen

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Ecuación diferencial dy/dx=cos(x)cos(y)

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

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

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

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

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

La solución:
$$\operatorname{y_{1}} = y{\left(x \right)} = \pi - \operatorname{asin}{\left(\frac{1}{\tanh{\left(C_{1} + \sin{\left(x \right)} \right)}} \right)}$$
$$\operatorname{y_{2}} = y{\left(x \right)} = \operatorname{asin}{\left(\frac{1}{\tanh{\left(C_{1} + \sin{\left(x \right)} \right)}} \right)}$$
Respuesta [src]
                /        1        \
y(x) = pi - asin|-----------------|
                \tanh(C1 + sin(x))/
$$y{\left(x \right)} = \pi - \operatorname{asin}{\left(\frac{1}{\tanh{\left(C_{1} + \sin{\left(x \right)} \right)}} \right)}$$
           /        1        \
y(x) = asin|-----------------|
           \tanh(C1 + sin(x))/
$$y{\left(x \right)} = \operatorname{asin}{\left(\frac{1}{\tanh{\left(C_{1} + \sin{\left(x \right)} \right)}} \right)}$$
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, -0.6560834139235784)
(-5.555555555555555, 0.8349314890551652)
(-3.333333333333333, 0.4614137969938743)
(-1.1111111111111107, -0.5737067517206919)
(1.1111111111111107, 0.9769868427425553)
(3.333333333333334, 0.09742548141933371)
(5.555555555555557, -0.36833102109314864)
(7.777777777777779, 1.0311224783823776)
(10.0, -0.25312581252832883)
(10.0, -0.25312581252832883)