Sr Examen

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

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

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

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

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

La solución:
$$\operatorname{y_{1}} = y{\left(x \right)} = \pi - \operatorname{asin}{\left(\frac{1}{\tanh{\left(C_{1} + \frac{\cos{\left(2 x \right)}}{2} \right)}} \right)}$$
$$\operatorname{y_{2}} = y{\left(x \right)} = \operatorname{asin}{\left(\frac{1}{\tanh{\left(C_{1} + \frac{\cos{\left(2 x \right)}}{2} \right)}} \right)}$$
Respuesta [src]
                /         1         \
y(x) = pi - asin|-------------------|
                |    /     cos(2*x)\|
                |tanh|C1 + --------||
                \    \        2    //
$$y{\left(x \right)} = \pi - \operatorname{asin}{\left(\frac{1}{\tanh{\left(C_{1} + \frac{\cos{\left(2 x \right)}}{2} \right)}} \right)}$$
           /         1         \
y(x) = asin|-------------------|
           |    /     cos(2*x)\|
           |tanh|C1 + --------||
           \    \        2    //
$$y{\left(x \right)} = \operatorname{asin}{\left(\frac{1}{\tanh{\left(C_{1} + \frac{\cos{\left(2 x \right)}}{2} \right)}} \right)}$$
Gráfico para el problema de Cauchy
Clasificación
separable
1st exact
1st power series
lie group
separable Integral
1st exact Integral
Respuesta numérica [src]
(x, y):
(-10.0, 0.75)
(-7.777777777777778, 0.1335244465453942)
(-5.555555555555555, 0.6375839310218727)
(-3.333333333333333, 0.9232032632614229)
(-1.1111111111111107, 0.31939354807790094)
(1.1111111111111107, 0.3193935421693302)
(3.333333333333334, 0.9232032997295249)
(5.555555555555557, 0.6375839925751452)
(7.777777777777779, 0.1335242312065835)
(10.0, 0.7499994436002595)
(10.0, 0.7499994436002595)