Sr Examen

Ecuación diferencial x(dy/dx)+y=1/y^2

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                   1  
x*--(y(x)) + y(x) = -----
  dx                 2   
                    y (x)
$$x \frac{d}{d x} y{\left(x \right)} + y{\left(x \right)} = \frac{1}{y^{2}{\left(x \right)}}$$
x*y' + y = y^(-2)
Solución detallada
Tenemos la ecuación:
$$x \frac{d}{d x} y{\left(x \right)} + y{\left(x \right)} = \frac{1}{y^{2}{\left(x \right)}}$$
Esta ecuación diferencial tiene la forma:
f1(x)*g1(y)*y' = f2(x)*g2(y),

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

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

Ahora multipliquemos las dos partes de la ecuación por dx,
entonces la ecuación será así
$$\frac{dx y^{2}{\left(x \right)} \frac{d}{d x} y{\left(x \right)}}{y^{3}{\left(x \right)} - 1} = - \frac{dx}{x}$$
o
$$\frac{dy y^{2}{\left(x \right)}}{y^{3}{\left(x \right)} - 1} = - \frac{dx}{x}$$

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

La solución:
$$\operatorname{y_{1}} = y{\left(x \right)} = \frac{\left(-1 + \sqrt{3} i\right) \sqrt[3]{\frac{C_{1}}{x^{3}} + 1}}{2}$$
$$\operatorname{y_{2}} = y{\left(x \right)} = \frac{\left(-1 - \sqrt{3} i\right) \sqrt[3]{\frac{C_{1}}{x^{3}} + 1}}{2}$$
$$\operatorname{y_{3}} = y{\left(x \right)} = \sqrt[3]{\frac{C_{1}}{x^{3}} + 1}$$
Respuesta [src]
            ________               
           /     C1  /         ___\
          /  1 + -- *\-1 + I*\/ 3 /
       3 /        3                
       \/        x                 
y(x) = ----------------------------
                    2              
$$y{\left(x \right)} = \frac{\left(-1 + \sqrt{3} i\right) \sqrt[3]{\frac{C_{1}}{x^{3}} + 1}}{2}$$
            ________               
           /     C1  /         ___\
          /  1 + -- *\-1 - I*\/ 3 /
       3 /        3                
       \/        x                 
y(x) = ----------------------------
                    2              
$$y{\left(x \right)} = \frac{\left(-1 - \sqrt{3} i\right) \sqrt[3]{\frac{C_{1}}{x^{3}} + 1}}{2}$$
            ________
           /     C1 
y(x) =    /  1 + -- 
       3 /        3 
       \/        x  
$$y{\left(x \right)} = \sqrt[3]{\frac{C_{1}}{x^{3}} + 1}$$
Gráfico para el problema de Cauchy
Clasificación
separable
1st exact
Bernoulli
separable reduced
lie group
separable Integral
1st exact Integral
Bernoulli Integral
separable reduced Integral
Respuesta numérica [src]
(x, y):
(-10.0, 0.75)
(-7.777777777777778, -0.0034913666472147116)
(-5.555555555555555, 2.17e-322)
(-3.333333333333333, nan)
(-1.1111111111111107, 2.78363573e-315)
(1.1111111111111107, 8.427456047434801e+197)
(3.333333333333334, 3.1933833808213433e-248)
(5.555555555555557, 6.29567287026948e-66)
(7.777777777777779, 8.388243567354545e+296)
(10.0, 3.861029683e-315)
(10.0, 3.861029683e-315)