Sr Examen

Ecuación diferencial dx/dt=x^2*(1-x)

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              
--(x(t)) = x (t)*(1 - x(t))
dt                         
$$\frac{d}{d t} x{\left(t \right)} = \left(1 - x{\left(t \right)}\right) x^{2}{\left(t \right)}$$
x' = (1 - x)*x^2
Solución detallada
Tenemos la ecuación:
$$\frac{d}{d t} x{\left(t \right)} = \left(1 - x{\left(t \right)}\right) x^{2}{\left(t \right)}$$
Esta ecuación diferencial tiene la forma:
f1(x)*g1(x)*x' = f2(x)*g2(x),

donde
$$\operatorname{f_{1}}{\left(t \right)} = 1$$
$$\operatorname{g_{1}}{\left(x \right)} = 1$$
$$\operatorname{f_{2}}{\left(t \right)} = 1$$
$$\operatorname{g_{2}}{\left(x \right)} = \left(1 - x{\left(t \right)}\right) x^{2}{\left(t \right)}$$
Pasemos la ecuación a la forma:
g1(x)/g2(x)*x'= f2(x)/f1(x).

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

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

Tomemos la integral de las dos partes de la ecuación:
- de la parte izquierda la integral por x,
- de la parte derecha la integral por t.
$$\int \left(- \frac{1}{x^{2} \left(x - 1\right)}\right)\, dx = \int 1\, dt$$
Solución detallada de la integral con x
Solución detallada de la integral con t
Tomemos estas integrales
$$\log{\left(x \right)} - \log{\left(x - 1 \right)} - \frac{1}{x} = Const + t$$
Solución detallada de una ecuación simple
Hemos recibido una ecuación ordinaria con la incógnica x.
(Const - es una constante)

La solución:
$$\operatorname{x_{1}} = t + \log{\left(x{\left(t \right)} - 1 \right)} - \log{\left(x{\left(t \right)} \right)} + \frac{1}{x{\left(t \right)}} = C_{1}$$
Respuesta [src]
     1                                    
t + ---- - log(x(t)) + log(-1 + x(t)) = C1
    x(t)                                  
$$t + \log{\left(x{\left(t \right)} - 1 \right)} - \log{\left(x{\left(t \right)} \right)} + \frac{1}{x{\left(t \right)}} = C_{1}$$
Gráfico para el problema de Cauchy
Clasificación
separable
1st exact
1st power series
lie group
separable Integral
1st exact Integral
Respuesta numérica [src]
(t, x):
(-10.0, 0.75)
(-7.777777777777778, 0.9541545439356363)
(-5.555555555555555, 0.9945957674842476)
(-3.333333333333333, 0.9994086527664957)
(-1.1111111111111107, 0.9999358480785333)
(1.1111111111111107, 0.9999930478095027)
(3.333333333333334, 0.9999992460179825)
(5.555555555555557, 0.9999999191998898)
(7.777777777777779, 0.9999999908635681)
(10.0, 0.9999999989336178)
(10.0, 0.9999999989336178)