Sr Examen

Ecuación diferencial sin^2y-y'x^14=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          14 d           
sin (y(x)) - x  *--(y(x)) = 0
                 dx          
$$- x^{14} \frac{d}{d x} y{\left(x \right)} + \sin^{2}{\left(y{\left(x \right)} \right)} = 0$$
-x^14*y' + sin(y)^2 = 0
Solución detallada
Tenemos la ecuación:
$$- x^{14} \frac{d}{d x} y{\left(x \right)} + \sin^{2}{\left(y{\left(x \right)} \right)} = 0$$
Esta ecuación diferencial tiene la forma:
f1(x)*g1(y)*y' = f2(x)*g2(y),

donde
$$\operatorname{f_{1}}{\left(x \right)} = 1$$
$$\operatorname{g_{1}}{\left(y \right)} = 1$$
$$\operatorname{f_{2}}{\left(x \right)} = \frac{1}{x^{14}}$$
$$\operatorname{g_{2}}{\left(y \right)} = \sin^{2}{\left(y{\left(x \right)} \right)}$$
Pasemos la ecuación a la forma:
g1(y)/g2(y)*y'= f2(x)/f1(x).

Dividamos ambos miembros de la ecuación en g2(y)
$$\sin^{2}{\left(y{\left(x \right)} \right)}$$
obtendremos
$$\frac{\frac{d}{d x} y{\left(x \right)}}{\sin^{2}{\left(y{\left(x \right)} \right)}} = \frac{1}{x^{14}}$$
Con esto hemos separado las variables x y y.

Ahora multipliquemos las dos partes de la ecuación por dx,
entonces la ecuación será así
$$\frac{dx \frac{d}{d x} y{\left(x \right)}}{\sin^{2}{\left(y{\left(x \right)} \right)}} = \frac{dx}{x^{14}}$$
o
$$\frac{dy}{\sin^{2}{\left(y{\left(x \right)} \right)}} = \frac{dx}{x^{14}}$$

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.
$$\int \frac{1}{\sin^{2}{\left(y \right)}}\, dy = \int \frac{1}{x^{14}}\, dx$$
Solución detallada de la integral con y
Solución detallada de la integral con x
Tomemos estas integrales
$$- \frac{\cos{\left(y \right)}}{\sin{\left(y \right)}} = Const - \frac{1}{13 x^{13}}$$
Solución detallada de una ecuación simple
Hemos recibido una ecuación ordinaria con la incógnica y.
(Const - es una constante)

La solución:
$$\operatorname{y_{1}} = y{\left(x \right)} = - 2 \operatorname{atan}{\left(- C_{1} + \frac{\sqrt{169 C_{1}^{2} x^{26} - 26 C_{1} x^{13} + 169 x^{26} + 1}}{13 x^{13}} + \frac{1}{13 x^{13}} \right)}$$
$$\operatorname{y_{2}} = y{\left(x \right)} = 2 \operatorname{atan}{\left(C_{1} + \frac{\sqrt{169 C_{1}^{2} x^{26} - 26 C_{1} x^{13} + 169 x^{26} + 1}}{13 x^{13}} - \frac{1}{13 x^{13}} \right)}$$
Respuesta [src]
              /                  _______________________________________\
              |                 /          26          13         2  26 |
              |        1      \/  1 + 169*x   - 26*C1*x   + 169*C1 *x   |
y(x) = -2*atan|-C1 + ------ + ------------------------------------------|
              |          13                         13                  |
              \      13*x                       13*x                    /
$$y{\left(x \right)} = - 2 \operatorname{atan}{\left(- C_{1} + \frac{\sqrt{169 C_{1}^{2} x^{26} - 26 C_{1} x^{13} + 169 x^{26} + 1}}{13 x^{13}} + \frac{1}{13 x^{13}} \right)}$$
             /                 _______________________________________\
             |                /          26          13         2  26 |
             |       1      \/  1 + 169*x   - 26*C1*x   + 169*C1 *x   |
y(x) = 2*atan|C1 - ------ + ------------------------------------------|
             |         13                         13                  |
             \     13*x                       13*x                    /
$$y{\left(x \right)} = 2 \operatorname{atan}{\left(C_{1} + \frac{\sqrt{169 C_{1}^{2} x^{26} - 26 C_{1} x^{13} + 169 x^{26} + 1}}{13 x^{13}} - \frac{1}{13 x^{13}} \right)}$$
Gráfico para el problema de Cauchy
Clasificación
factorable
separable
lie group
separable Integral
Respuesta numérica [src]
(x, y):
(-10.0, 0.75)
(-7.777777777777778, 0.7500000001546171)
(-5.555555555555555, 0.7500000006348064)
(-3.333333333333333, 0.7500000201584146)
(-1.1111111111111107, 0.7591748553112694)
(1.1111111111111107, 3.1415926809250987)
(3.333333333333334, 3.1415926809250987)
(5.555555555555557, 3.1415926809250987)
(7.777777777777779, 3.1415926809250987)
(10.0, 3.1415926809250987)
(10.0, 3.1415926809250987)