Tenemos la ecuación:
$$\sqrt{x} \sqrt{y{\left(x \right)}} \frac{d}{d x} y{\left(x \right)} - x \frac{d}{d x} y{\left(x \right)} + y{\left(x \right)} = 0$$
Sustituimos
$$u{\left(x \right)} = \frac{y{\left(x \right)}}{x}$$
y porque
$$y{\left(x \right)} = x u{\left(x \right)}$$
entonces
$$\frac{d}{d x} y{\left(x \right)} = x \frac{d}{d x} u{\left(x \right)} + u{\left(x \right)}$$
sustituimos
$$x \sqrt{u{\left(x \right)}} \frac{d}{d x} x u{\left(x \right)} + x u{\left(x \right)} - x \frac{d}{d x} x u{\left(x \right)} = 0$$
o
$$x^{2} \sqrt{u{\left(x \right)}} \frac{d}{d x} u{\left(x \right)} - x^{2} \frac{d}{d x} u{\left(x \right)} + x u^{\frac{3}{2}}{\left(x \right)} = 0$$
Esta ecuación diferencial tiene la forma:
f1(x)*g1(u)*u' = f2(x)*g2(u),
donde
$$\operatorname{f_{1}}{\left(x \right)} = 1$$
$$\operatorname{g_{1}}{\left(u \right)} = 1$$
$$\operatorname{f_{2}}{\left(x \right)} = - \frac{1}{x}$$
$$\operatorname{g_{2}}{\left(u \right)} = \frac{u^{\frac{3}{2}}{\left(x \right)}}{\sqrt{u{\left(x \right)}} - 1}$$
Pasemos la ecuación a la forma:
g1(u)/g2(u)*u'= f2(x)/f1(x).
Dividamos ambos miembros de la ecuación en g2(u)
$$\frac{u^{\frac{3}{2}}{\left(x \right)}}{\sqrt{u{\left(x \right)}} - 1}$$
obtendremos
$$\frac{\left(\sqrt{u{\left(x \right)}} - 1\right) \frac{d}{d x} u{\left(x \right)}}{u^{\frac{3}{2}}{\left(x \right)}} = - \frac{1}{x}$$
Con esto hemos separado las variables x y u.
Ahora multipliquemos las dos partes de la ecuación por dx,
entonces la ecuación será así
$$\frac{dx \left(\sqrt{u{\left(x \right)}} - 1\right) \frac{d}{d x} u{\left(x \right)}}{u^{\frac{3}{2}}{\left(x \right)}} = - \frac{dx}{x}$$
o
$$\frac{du \left(\sqrt{u{\left(x \right)}} - 1\right)}{u^{\frac{3}{2}}{\left(x \right)}} = - \frac{dx}{x}$$
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.
$$\int \frac{\sqrt{u} - 1}{u^{\frac{3}{2}}}\, du = \int \left(- \frac{1}{x}\right)\, dx$$
Solución detallada de la integral con uSolución detallada de la integral con xTomemos estas integrales
$$\log{\left(u \right)} + \frac{2}{\sqrt{u}} = Const - \log{\left(x \right)}$$
Solución detallada de una ecuación simpleHemos recibido una ecuación ordinaria con la incógnica u.
(Const - es una constante)
La solución:
$$\operatorname{u_{1}} = u{\left(x \right)} = \frac{e^{C_{1} + 2 W\left(- \sqrt{x} \sqrt{e^{- C_{1}}}\right)}}{x}$$
$$\operatorname{u_{2}} = u{\left(x \right)} = \frac{e^{C_{1} + 2 W\left(\sqrt{x} \sqrt{e^{- C_{1}}}\right)}}{x}$$
hacemos cambio inverso
$$y{\left(x \right)} = x u{\left(x \right)}$$
$$y1 = y(x) = e^{C_{1} + 2 W\left(- \sqrt{x} \sqrt{e^{- C_{1}}}\right)}$$
$$y2 = y(x) = e^{C_{1} + 2 W\left(\sqrt{x} \sqrt{e^{- C_{1}}}\right)}$$