Sr Examen

Ecuación diferencial senxdy=xcotydx

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

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

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

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

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

La solución:
$$\operatorname{y_{1}} = y{\left(x \right)} = - \operatorname{acos}{\left(C_{1} e^{- \int \frac{x}{\sin{\left(x \right)}}\, dx} \right)} + 2 \pi$$
$$\operatorname{y_{2}} = y{\left(x \right)} = \operatorname{acos}{\left(C_{1} e^{- \int \frac{x}{\sin{\left(x \right)}}\, dx} \right)}$$
Respuesta [src]
             /       /         \       
             |      |          |       
             |      |   x      |       
             |    - | ------ dx|       
             |      | sin(x)   |       
             |      |          |       
             |     /           |       
y(x) = - acos\C1*e             / + 2*pi
$$y{\left(x \right)} = - \operatorname{acos}{\left(C_{1} e^{- \int \frac{x}{\sin{\left(x \right)}}\, dx} \right)} + 2 \pi$$
           /       /         \
           |      |          |
           |      |   x      |
           |    - | ------ dx|
           |      | sin(x)   |
           |      |          |
           |     /           |
y(x) = acos\C1*e             /
$$y{\left(x \right)} = \operatorname{acos}{\left(C_{1} e^{- \int \frac{x}{\sin{\left(x \right)}}\, dx} \right)}$$
Gráfico para el problema de Cauchy
Clasificación
separable
lie group
separable Integral
Respuesta numérica [src]
(x, y):
(-10.0, 0.75)
(-7.777777777777778, 8.436886887687786e-09)
(-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, 8.388243566958252e+296)
(10.0, 3.861029683e-315)
(10.0, 3.861029683e-315)