Sr Examen

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Ecuación diferencial sqrt(3+y^2)+sqrt(16-9x^2)yy'=0

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         /         2  d                
\/  3 + y (x)  + \/  16 - 9*x  *--(y(x))*y(x) = 0
                                dx               
$$\sqrt{16 - 9 x^{2}} y{\left(x \right)} \frac{d}{d x} y{\left(x \right)} + \sqrt{y^{2}{\left(x \right)} + 3} = 0$$
sqrt(16 - 9*x^2)*y*y' + sqrt(y^2 + 3) = 0
Solución detallada
Tenemos la ecuación:
$$\sqrt{16 - 9 x^{2}} y{\left(x \right)} \frac{d}{d x} y{\left(x \right)} + \sqrt{y^{2}{\left(x \right)} + 3} = 0$$
Esta ecuación diferencial tiene la forma:
f1(x)*g1(y)*y' = f2(x)*g2(y),

donde
$$\operatorname{f_{1}}{\left(x \right)} = 1$$
$$\operatorname{g_{1}}{\left(y \right)} = 1$$
$$\operatorname{f_{2}}{\left(x \right)} = - \frac{1}{\sqrt{16 - 9 x^{2}}}$$
$$\operatorname{g_{2}}{\left(y \right)} = \frac{\sqrt{y^{2}{\left(x \right)} + 3}}{y{\left(x \right)}}$$
Pasemos la ecuación a la forma:
g1(y)/g2(y)*y'= f2(x)/f1(x).

Dividamos ambos miembros de la ecuación en g2(y)
$$\frac{\sqrt{y^{2}{\left(x \right)} + 3}}{y{\left(x \right)}}$$
obtendremos
$$\frac{y{\left(x \right)} \frac{d}{d x} y{\left(x \right)}}{\sqrt{y^{2}{\left(x \right)} + 3}} = - \frac{1}{\sqrt{16 - 9 x^{2}}}$$
Con esto hemos separado las variables x y y.

Ahora multipliquemos las dos partes de la ecuación por dx,
entonces la ecuación será así
$$\frac{dx y{\left(x \right)} \frac{d}{d x} y{\left(x \right)}}{\sqrt{y^{2}{\left(x \right)} + 3}} = - \frac{dx}{\sqrt{16 - 9 x^{2}}}$$
o
$$\frac{dy y{\left(x \right)}}{\sqrt{y^{2}{\left(x \right)} + 3}} = - \frac{dx}{\sqrt{16 - 9 x^{2}}}$$

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.
$$\int \frac{y}{\sqrt{y^{2} + 3}}\, dy = \int \left(- \frac{1}{\sqrt{16 - 9 x^{2}}}\right)\, dx$$
Solución detallada de la integral con y
Solución detallada de la integral con x
Tomemos estas integrales
$$\sqrt{y^{2} + 3} = Const - \frac{\operatorname{asin}{\left(\frac{3 x}{4} \right)}}{3}$$
Solución detallada de una ecuación simple
Hemos recibido una ecuación ordinaria con la incógnica y.
(Const - es una constante)

La solución:
$$\operatorname{y_{1}} = y{\left(x \right)} = - \frac{\sqrt{9 C_{1}^{2} - 6 C_{1} \operatorname{asin}{\left(\frac{3 x}{4} \right)} + \operatorname{asin}^{2}{\left(\frac{3 x}{4} \right)} - 27}}{3}$$
$$\operatorname{y_{2}} = y{\left(x \right)} = \frac{\sqrt{9 C_{1}^{2} - 6 C_{1} \operatorname{asin}{\left(\frac{3 x}{4} \right)} + \operatorname{asin}^{2}{\left(\frac{3 x}{4} \right)} - 27}}{3}$$
Respuesta [src]
            ___________________________________________ 
           /           2/3*x\       2            /3*x\  
       -  /  -27 + asin |---| + 9*C1  - 6*C1*asin|---|  
        \/              \ 4 /                    \ 4 /  
y(x) = -------------------------------------------------
                               3                        
$$y{\left(x \right)} = - \frac{\sqrt{9 C_{1}^{2} - 6 C_{1} \operatorname{asin}{\left(\frac{3 x}{4} \right)} + \operatorname{asin}^{2}{\left(\frac{3 x}{4} \right)} - 27}}{3}$$
           ___________________________________________
          /           2/3*x\       2            /3*x\ 
         /  -27 + asin |---| + 9*C1  - 6*C1*asin|---| 
       \/              \ 4 /                    \ 4 / 
y(x) = -----------------------------------------------
                              3                       
$$y{\left(x \right)} = \frac{\sqrt{9 C_{1}^{2} - 6 C_{1} \operatorname{asin}{\left(\frac{3 x}{4} \right)} + \operatorname{asin}^{2}{\left(\frac{3 x}{4} \right)} - 27}}{3}$$
Gráfico para el problema de Cauchy
Clasificación
separable
1st power series
lie group
separable Integral
Respuesta numérica [src]
(x, y):
(-10.0, 0.75)
(-7.777777777777778, nan)
(-5.555555555555555, nan)
(-3.333333333333333, nan)
(-1.1111111111111107, nan)
(1.1111111111111107, nan)
(3.333333333333334, nan)
(5.555555555555557, nan)
(7.777777777777779, nan)
(10.0, nan)
(10.0, nan)