Sr Examen

Ecuación diferencial dy/dx=(x^2-1)/y^2

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          -1 + x 
--(y(x)) = -------
dx           2    
            y (x) 
$$\frac{d}{d x} y{\left(x \right)} = \frac{x^{2} - 1}{y^{2}{\left(x \right)}}$$
y' = (x^2 - 1)/y^2
Solución detallada
Tenemos la ecuación:
$$\frac{d}{d x} y{\left(x \right)} = \frac{x^{2} - 1}{y^{2}{\left(x \right)}}$$
Esta ecuación diferencial tiene la forma:
f1(x)*g1(y)*y' = f2(x)*g2(y),

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

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

Ahora multipliquemos las dos partes de la ecuación por dx,
entonces la ecuación será así
$$- dx y^{2}{\left(x \right)} \frac{d}{d x} y{\left(x \right)} = dx \left(1 - x^{2}\right)$$
o
$$- dy y^{2}{\left(x \right)} = dx \left(1 - x^{2}\right)$$

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

La solución:
$$\operatorname{y_{1}} = y{\left(x \right)} = \frac{\left(-1 - \sqrt{3} i\right) \sqrt[3]{C_{1} + x^{3} - 3 x}}{2}$$
$$\operatorname{y_{2}} = y{\left(x \right)} = \frac{\left(-1 + \sqrt{3} i\right) \sqrt[3]{C_{1} + x^{3} - 3 x}}{2}$$
$$\operatorname{y_{3}} = y{\left(x \right)} = \sqrt[3]{C_{1} + x^{3} - 3 x}$$
Respuesta [src]
          _______________               
       3 /       3        /         ___\
       \/  C1 + x  - 3*x *\-1 - I*\/ 3 /
y(x) = ---------------------------------
                       2                
$$y{\left(x \right)} = \frac{\left(-1 - \sqrt{3} i\right) \sqrt[3]{C_{1} + x^{3} - 3 x}}{2}$$
          _______________               
       3 /       3        /         ___\
       \/  C1 + x  - 3*x *\-1 + I*\/ 3 /
y(x) = ---------------------------------
                       2                
$$y{\left(x \right)} = \frac{\left(-1 + \sqrt{3} i\right) \sqrt[3]{C_{1} + x^{3} - 3 x}}{2}$$
          _______________
       3 /       3       
y(x) = \/  C1 + x  - 3*x 
$$y{\left(x \right)} = \sqrt[3]{C_{1} + x^{3} - 3 x}$$
Clasificación
separable
1st exact
Bernoulli
1st power series
lie group
separable Integral
1st exact Integral
Bernoulli Integral