Sr Examen

Ecuación diferencial xtgydx-(x^2-2)dy

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

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

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

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

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

La solución:
$$\operatorname{y_{1}} = y{\left(x \right)} = \pi - \operatorname{asin}{\left(C_{1} \sqrt{x^{2} - 2} \right)}$$
$$\operatorname{y_{2}} = y{\left(x \right)} = \operatorname{asin}{\left(C_{1} \sqrt{x^{2} - 2} \right)}$$
Respuesta [src]
                /      _________\
                |     /       2 |
y(x) = pi - asin\C1*\/  -2 + x  /
$$y{\left(x \right)} = \pi - \operatorname{asin}{\left(C_{1} \sqrt{x^{2} - 2} \right)}$$
           /      _________\
           |     /       2 |
y(x) = asin\C1*\/  -2 + x  /
$$y{\left(x \right)} = \operatorname{asin}{\left(C_{1} \sqrt{x^{2} - 2} \right)}$$
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, 0.5546181139510447)
(-5.555555555555555, 0.37893498911427453)
(-3.333333333333333, 0.20936505193956542)
(-1.1111111111111107, 0.006884158679566092)
(1.1111111111111107, 0.006884084846398348)
(3.333333333333334, 0.0028367095743508436)
(5.555555555555557, 0.005049073167556128)
(7.777777777777779, 0.00718769036299157)
(10.0, 0.009303581610213779)
(10.0, 0.009303581610213779)