Sr Examen

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Ecuación diferencial sin^2y-y'*x^11=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          11 d           
sin (y(x)) - x  *--(y(x)) = 0
                 dx          
$$- x^{11} \frac{d}{d x} y{\left(x \right)} + \sin^{2}{\left(y{\left(x \right)} \right)} = 0$$
-x^11*y' + sin(y)^2 = 0
Solución detallada
Tenemos la ecuación:
$$- x^{11} \frac{d}{d x} y{\left(x \right)} + \sin^{2}{\left(y{\left(x \right)} \right)} = 0$$
Esta ecuación diferencial tiene la forma:
f1(x)*g1(y)*y' = f2(x)*g2(y),

donde
$$\operatorname{f_{1}}{\left(x \right)} = 1$$
$$\operatorname{g_{1}}{\left(y \right)} = 1$$
$$\operatorname{f_{2}}{\left(x \right)} = \frac{1}{x^{11}}$$
$$\operatorname{g_{2}}{\left(y \right)} = \sin^{2}{\left(y{\left(x \right)} \right)}$$
Pasemos la ecuación a la forma:
g1(y)/g2(y)*y'= f2(x)/f1(x).

Dividamos ambos miembros de la ecuación en g2(y)
$$\sin^{2}{\left(y{\left(x \right)} \right)}$$
obtendremos
$$\frac{\frac{d}{d x} y{\left(x \right)}}{\sin^{2}{\left(y{\left(x \right)} \right)}} = \frac{1}{x^{11}}$$
Con esto hemos separado las variables x y y.

Ahora multipliquemos las dos partes de la ecuación por dx,
entonces la ecuación será así
$$\frac{dx \frac{d}{d x} y{\left(x \right)}}{\sin^{2}{\left(y{\left(x \right)} \right)}} = \frac{dx}{x^{11}}$$
o
$$\frac{dy}{\sin^{2}{\left(y{\left(x \right)} \right)}} = \frac{dx}{x^{11}}$$

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.
$$\int \frac{1}{\sin^{2}{\left(y \right)}}\, dy = \int \frac{1}{x^{11}}\, dx$$
Solución detallada de la integral con y
Solución detallada de la integral con x
Tomemos estas integrales
$$- \frac{\cos{\left(y \right)}}{\sin{\left(y \right)}} = Const - \frac{1}{10 x^{10}}$$
Solución detallada de una ecuación simple
Hemos recibido una ecuación ordinaria con la incógnica y.
(Const - es una constante)

La solución:
$$\operatorname{y_{1}} = y{\left(x \right)} = - 2 \operatorname{atan}{\left(- C_{1} + \frac{\sqrt{100 C_{1}^{2} x^{20} - 20 C_{1} x^{10} + 100 x^{20} + 1}}{10 x^{10}} + \frac{1}{10 x^{10}} \right)}$$
$$\operatorname{y_{2}} = y{\left(x \right)} = 2 \operatorname{atan}{\left(C_{1} + \frac{\sqrt{100 C_{1}^{2} x^{20} - 20 C_{1} x^{10} + 100 x^{20} + 1}}{10 x^{10}} - \frac{1}{10 x^{10}} \right)}$$
Respuesta [src]
              /                  _______________________________________\
              |                 /          20          10         2  20 |
              |        1      \/  1 + 100*x   - 20*C1*x   + 100*C1 *x   |
y(x) = -2*atan|-C1 + ------ + ------------------------------------------|
              |          10                         10                  |
              \      10*x                       10*x                    /
$$y{\left(x \right)} = - 2 \operatorname{atan}{\left(- C_{1} + \frac{\sqrt{100 C_{1}^{2} x^{20} - 20 C_{1} x^{10} + 100 x^{20} + 1}}{10 x^{10}} + \frac{1}{10 x^{10}} \right)}$$
             /                 _______________________________________\
             |                /          20          10         2  20 |
             |       1      \/  1 + 100*x   - 20*C1*x   + 100*C1 *x   |
y(x) = 2*atan|C1 - ------ + ------------------------------------------|
             |         10                         10                  |
             \     10*x                       10*x                    /
$$y{\left(x \right)} = 2 \operatorname{atan}{\left(C_{1} + \frac{\sqrt{100 C_{1}^{2} x^{20} - 20 C_{1} x^{10} + 100 x^{20} + 1}}{10 x^{10}} - \frac{1}{10 x^{10}} \right)}$$
Gráfico para el problema de Cauchy
Clasificación
factorable
separable
lie group
separable Integral
Respuesta numérica [src]
(x, y):
(-10.0, 0.75)
(-7.777777777777778, 0.7499999997880705)
(-5.555555555555555, 0.7499999967947066)
(-3.333333333333333, 0.7499996507460515)
(-1.1111111111111107, 0.734076645161178)
(1.1111111111111107, 9.831244620556306e-09)
(3.333333333333334, 9.831244620966748e-09)
(5.555555555555557, 9.831244620966748e-09)
(7.777777777777779, 9.831244620966748e-09)
(10.0, 9.831244620966748e-09)
(10.0, 9.831244620966748e-09)