Sr Examen

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Ecuación diferencial exp(x)*dx-(4+exp(x))*(y^2)*dy=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    d           2    d         x    x    
- 4*y (x)*--(y(x)) - y (x)*--(y(x))*e  + e  = 0
          dx               dx                  
$$- y^{2}{\left(x \right)} e^{x} \frac{d}{d x} y{\left(x \right)} - 4 y^{2}{\left(x \right)} \frac{d}{d x} y{\left(x \right)} + e^{x} = 0$$
-y^2*exp(x)*y' - 4*y^2*y' + exp(x) = 0
Solución detallada
Tenemos la ecuación:
$$- y^{2}{\left(x \right)} e^{x} \frac{d}{d x} y{\left(x \right)} - 4 y^{2}{\left(x \right)} \frac{d}{d x} y{\left(x \right)} + e^{x} = 0$$
Esta ecuación diferencial tiene la forma:
f1(x)*g1(y)*y' = f2(x)*g2(y),

donde
$$\operatorname{f_{1}}{\left(x \right)} = 1$$
$$\operatorname{g_{1}}{\left(y \right)} = 1$$
$$\operatorname{f_{2}}{\left(x \right)} = \frac{e^{x}}{e^{x} + 4}$$
$$\operatorname{g_{2}}{\left(y \right)} = \frac{1}{y^{2}{\left(x \right)}}$$
Pasemos la ecuación a la forma:
g1(y)/g2(y)*y'= f2(x)/f1(x).

Dividamos ambos miembros de la ecuación en g2(y)
$$\frac{1}{y^{2}{\left(x \right)}}$$
obtendremos
$$y^{2}{\left(x \right)} \frac{d}{d x} y{\left(x \right)} = \frac{e^{x}}{e^{x} + 4}$$
Con esto hemos separado las variables x y y.

Ahora multipliquemos las dos partes de la ecuación por dx,
entonces la ecuación será así
$$dx y^{2}{\left(x \right)} \frac{d}{d x} y{\left(x \right)} = \frac{dx e^{x}}{e^{x} + 4}$$
o
$$dy y^{2}{\left(x \right)} = \frac{dx e^{x}}{e^{x} + 4}$$

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.
$$\int y^{2}\, dy = \int \frac{e^{x}}{e^{x} + 4}\, dx$$
Solución detallada de la integral con y
Solución detallada de la integral con x
Tomemos estas integrales
$$\frac{y^{3}}{3} = Const + \log{\left(e^{x} + 4 \right)}$$
Solución detallada de una ecuación simple
Hemos recibido una ecuación ordinaria con la incógnica y.
(Const - es una constante)

La solución:
$$\operatorname{y_{1}} = y{\left(x \right)} = \sqrt[3]{C_{1} + 3 \log{\left(e^{x} + 4 \right)}}$$
$$\operatorname{y_{2}} = y{\left(x \right)} = \frac{\left(- \sqrt[3]{3} - 3^{\frac{5}{6}} i\right) \sqrt[3]{C_{1} + \log{\left(e^{x} + 4 \right)}}}{2}$$
$$\operatorname{y_{3}} = y{\left(x \right)} = \frac{\left(- \sqrt[3]{3} + 3^{\frac{5}{6}} i\right) \sqrt[3]{C_{1} + \log{\left(e^{x} + 4 \right)}}}{2}$$
Respuesta [src]
          ____________________
       3 /           /     x\ 
y(x) = \/  C1 + 3*log\4 + e / 
$$y{\left(x \right)} = \sqrt[3]{C_{1} + 3 \log{\left(e^{x} + 4 \right)}}$$
          __________________                   
       3 /         /     x\  /  3 ___      5/6\
       \/  C1 + log\4 + e / *\- \/ 3  - I*3   /
y(x) = ----------------------------------------
                          2                    
$$y{\left(x \right)} = \frac{\left(- \sqrt[3]{3} - 3^{\frac{5}{6}} i\right) \sqrt[3]{C_{1} + \log{\left(e^{x} + 4 \right)}}}{2}$$
          __________________                   
       3 /         /     x\  /  3 ___      5/6\
       \/  C1 + log\4 + e / *\- \/ 3  + I*3   /
y(x) = ----------------------------------------
                          2                    
$$y{\left(x \right)} = \frac{\left(- \sqrt[3]{3} + 3^{\frac{5}{6}} i\right) \sqrt[3]{C_{1} + \log{\left(e^{x} + 4 \right)}}}{2}$$
Gráfico para el problema de Cauchy
Clasificación
factorable
separable
1st exact
Bernoulli
1st power series
lie group
separable Integral
1st exact Integral
Bernoulli Integral
Respuesta numérica [src]
(x, y):
(-10.0, 0.75)
(-7.777777777777778, 0.7501660549947693)
(-5.555555555555555, 0.7516935814217011)
(-3.333333333333333, 0.7654447857247109)
(-1.1111111111111107, 0.870263567167984)
(1.1111111111111107, 1.2839882053031388)
(3.333333333333334, 1.881739145468467)
(5.555555555555557, 2.3498663316607993)
(7.777777777777779, 2.696259825285873)
(10.0, 2.972470531977837)
(10.0, 2.972470531977837)