Analysis Beispiele

$\frac{d y}{d x} - 2 x y = 6 x$

Schritt 1

Der Integrationsfaktor ist definiert durch die Formel $e^{\int P (x) d x}$ , wobei $P (x) = - 2 x$ gilt.

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Schritt 1.1

Stelle das Integral auf.

$e^{\int - 2 x d x}$

Schritt 1.2

Integriere $- 2 x$ .

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Schritt 1.2.1

Da $- 2$ konstant bezüglich $x$ ist, ziehe $- 2$ aus dem Integral.

$e^{- 2 \int x d x}$

Schritt 1.2.2

Gemäß der Potenzregel ist das Integral von $x$ nach $x$ gleich $\frac{1}{2} x^{2}$ .

$e^{- 2 (\frac{1}{2} x^{2} + C)}$

Schritt 1.2.3

Vereinfache die Lösung.

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Schritt 1.2.3.1

Schreibe $- 2 (\frac{1}{2} x^{2} + C)$ als $- 2 (\frac{1}{2}) x^{2} + C$ um.

$e^{- 2 (\frac{1}{2}) x^{2} + C}$

Schritt 1.2.3.2

Vereinfache.

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Schritt 1.2.3.2.1

Kombiniere $- 2$ und $\frac{1}{2}$ .

$e^{\frac{- 2}{2} x^{2} + C}$

Schritt 1.2.3.2.2

Kürze den gemeinsamen Teiler von $- 2$ und $2$ .

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Schritt 1.2.3.2.2.1

Faktorisiere $2$ aus $- 2$ heraus.

$e^{\frac{2 \cdot - 1}{2} x^{2} + C}$

Schritt 1.2.3.2.2.2

Kürze die gemeinsamen Faktoren.

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Schritt 1.2.3.2.2.2.1

Faktorisiere $2$ aus $2$ heraus.

$e^{\frac{2 \cdot - 1}{2 (1)} x^{2} + C}$

Schritt 1.2.3.2.2.2.2

Kürze den gemeinsamen Faktor.

$e^{\frac{2 \cdot - 1}{2 \cdot 1} x^{2} + C}$

Schritt 1.2.3.2.2.2.3

Forme den Ausdruck um.

$e^{\frac{- 1}{1} x^{2} + C}$

Schritt 1.2.3.2.2.2.4

Dividiere $- 1$ durch $1$ .

$e^{- x^{2} + C}$

Schritt 1.3

Entferne die Konstante der Integration.

$e^{- x^{2}}$

Schritt 2

Multipliziere jeden Ausdruck mit $e^{- x^{2}}$ .

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Schritt 2.1

Multipliziere jeden Ausdruck mit $e^{- x^{2}}$ .

$e^{- x^{2}} \frac{d y}{d x} + e^{- x^{2}} (- 2 x y) = e^{- x^{2}} (6 x)$

Schritt 2.2

Schreibe neu unter Anwendung des Kommutativgesetzes der Multiplikation.

$e^{- x^{2}} \frac{d y}{d x} - 2 e^{- x^{2}} (x y) = e^{- x^{2}} (6 x)$

Schritt 2.3

Schreibe neu unter Anwendung des Kommutativgesetzes der Multiplikation.

$e^{- x^{2}} \frac{d y}{d x} - 2 e^{- x^{2}} (x y) = 6 e^{- x^{2}} x$

Schritt 2.4

Stelle die Faktoren in $e^{- x^{2}} \frac{d y}{d x} - 2 e^{- x^{2}} (x y) = 6 e^{- x^{2}} x$ um.

$e^{- x^{2}} \frac{d y}{d x} - 2 x y e^{- x^{2}} = 6 x e^{- x^{2}}$

Schritt 3

Schreibe die linke Seite als ein Ergebnis der Produktdifferenzierung.

$\frac{d}{d x} [e^{- x^{2}} y] = 6 x e^{- x^{2}}$

Schritt 4

Integriere auf beiden Seiten.

$\int \frac{d}{d x} [e^{- x^{2}} y] d x = \int 6 x e^{- x^{2}} d x$

Schritt 5

Integriere die linke Seite.

$e^{- x^{2}} y = \int 6 x e^{- x^{2}} d x$

Schritt 6

Integriere die rechte Seite.

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Schritt 6.1

Da $6$ konstant bezüglich $x$ ist, ziehe $6$ aus dem Integral.

$e^{- x^{2}} y = 6 \int x e^{- x^{2}} d x$

Schritt 6.2

Sei $u_{2} = e^{- x^{2}}$ . Dann ist $d u_{2} = - 2 x e^{- x^{2}} d x$ , folglich $- \frac{1}{2} d u_{2} = x e^{- x^{2}} d x$ . Forme um unter Verwendung von $u_{2}$ und $d$ $u_{2}$ .

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Schritt 6.2.1

Es sei $u_{2} = e^{- x^{2}}$ . Ermittle $\frac{d u_{2}}{d x}$ .

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Schritt 6.2.1.1

Differenziere $e^{- x^{2}}$ .

$\frac{d}{d x} [e^{- x^{2}}]$

Schritt 6.2.1.2

Differenziere unter Anwendung der Kettenregel, die besagt, dass $\frac{d}{d x} [f (g (x))]$ ist $f' (g (x)) g' (x)$ , mit $f (x) = e^{x}$ und $g (x) = - x^{2}$ .

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Schritt 6.2.1.2.1

Um die Kettenregel anzuwenden, ersetze $u_{1}$ durch $- x^{2}$ .

$\frac{d}{d u_{1}} [e^{u_{1}}] \frac{d}{d x} [- x^{2}]$

Schritt 6.2.1.2.2

Differenziere unter Anwendung der Exponentialregel, die besagt, dass $\frac{d}{d u_{1}} [a^{u_{1}}]$ gleich $a^{u_{1}} \ln (a)$ ist, wobei $a$ = $e$ .

$e^{u_{1}} \frac{d}{d x} [- x^{2}]$

Schritt 6.2.1.2.3

Ersetze alle $u_{1}$ durch $- x^{2}$ .

$e^{- x^{2}} \frac{d}{d x} [- x^{2}]$

Schritt 6.2.1.3

Differenziere.

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Schritt 6.2.1.3.1

Da $- 1$ konstant bezüglich $x$ ist, ist die Ableitung von $- x^{2}$ nach $x$ gleich $- \frac{d}{d x} [x^{2}]$ .

$e^{- x^{2}} (- \frac{d}{d x} [x^{2}])$

Schritt 6.2.1.3.2

Differenziere unter Anwendung der Potenzregel, die besagt, dass $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ gleich $n x^{n - 1}$ ist mit $n = 2$ .

$e^{- x^{2}} (- (2 x))$

Schritt 6.2.1.3.3

Mutltipliziere $2$ mit $- 1$ .

$e^{- x^{2}} (- 2 x)$

Schritt 6.2.1.4

Vereinfache.

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Schritt 6.2.1.4.1

Stelle die Faktoren von $e^{- x^{2}} (- 2 x)$ um.

$- 2 e^{- x^{2}} x$

Schritt 6.2.1.4.2

Stelle die Faktoren in $- 2 e^{- x^{2}} x$ um.

$- 2 x e^{- x^{2}}$

Schritt 6.2.2

Schreibe die Aufgabe mithlfe von $u_{2}$ und $d u_{2}$ neu.

$e^{- x^{2}} y = 6 \int \frac{1}{- 2} d u_{2}$

Schritt 6.3

Ziehe das Minuszeichen vor den Bruch.

$e^{- x^{2}} y = 6 \int - \frac{1}{2} d u_{2}$

Schritt 6.4

Wende die Konstantenregel an.

$e^{- x^{2}} y = 6 (- \frac{1}{2} u_{2} + C)$

Schritt 6.5

Vereinfache die Lösung.

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Schritt 6.5.1

Vereinfache.

$e^{- x^{2}} y = 6 (- \frac{1}{2} u_{2}) + C$

Schritt 6.5.2

Vereinfache.

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Schritt 6.5.2.1

Kombiniere $u_{2}$ und $\frac{1}{2}$ .

$e^{- x^{2}} y = 6 (- \frac{u_{2}}{2}) + C$

Schritt 6.5.2.2

Mutltipliziere $- 1$ mit $6$ .

$e^{- x^{2}} y = - 6 \frac{u_{2}}{2} + C$

Schritt 6.5.2.3

Kombiniere $- 6$ und $\frac{u_{2}}{2}$ .

$e^{- x^{2}} y = \frac{- 6 u_{2}}{2} + C$

Schritt 6.5.2.4

Kürze den gemeinsamen Teiler von $- 6$ und $2$ .

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Schritt 6.5.2.4.1

Faktorisiere $2$ aus $- 6 u_{2}$ heraus.

$e^{- x^{2}} y = \frac{2 (- 3 u_{2})}{2} + C$

Schritt 6.5.2.4.2

Kürze die gemeinsamen Faktoren.

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Schritt 6.5.2.4.2.1

Faktorisiere $2$ aus $2$ heraus.

$e^{- x^{2}} y = \frac{2 (- 3 u_{2})}{2 (1)} + C$

Schritt 6.5.2.4.2.2

Kürze den gemeinsamen Faktor.

$e^{- x^{2}} y = \frac{2 (- 3 u_{2})}{2 \cdot 1} + C$

Schritt 6.5.2.4.2.3

Forme den Ausdruck um.

$e^{- x^{2}} y = \frac{- 3 u_{2}}{1} + C$

Schritt 6.5.2.4.2.4

Dividiere $- 3 u_{2}$ durch $1$ .

$e^{- x^{2}} y = - 3 u_{2} + C$

Schritt 6.5.3

Ersetze alle $u_{2}$ durch $e^{- x^{2}}$ .

$e^{- x^{2}} y = - 3 e^{- x^{2}} + C$

Schritt 7

Teile jeden Ausdruck in $e^{- x^{2}} y = - 3 e^{- x^{2}} + C$ durch $e^{- x^{2}}$ und vereinfache.

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Schritt 7.1

Teile jeden Ausdruck in $e^{- x^{2}} y = - 3 e^{- x^{2}} + C$ durch $e^{- x^{2}}$ .

$\frac{e^{- x^{2}} y}{e^{- x^{2}}} = \frac{- 3 e^{- x^{2}}}{e^{- x^{2}}} + \frac{C}{e^{- x^{2}}}$

Schritt 7.2

Vereinfache die linke Seite.

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Schritt 7.2.1

Kürze den gemeinsamen Faktor von $e^{- x^{2}}$ .

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Schritt 7.2.1.1

Kürze den gemeinsamen Faktor.

$\frac{e^{- x^{2}} y}{e^{- x^{2}}} = \frac{- 3 e^{- x^{2}}}{e^{- x^{2}}} + \frac{C}{e^{- x^{2}}}$

Schritt 7.2.1.2

Dividiere $y$ durch $1$ .

$y = \frac{- 3 e^{- x^{2}}}{e^{- x^{2}}} + \frac{C}{e^{- x^{2}}}$

Schritt 7.3

Vereinfache die rechte Seite.

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Schritt 7.3.1

Kürze den gemeinsamen Faktor von $e^{- x^{2}}$ .

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Schritt 7.3.1.1

Kürze den gemeinsamen Faktor.

$y = \frac{- 3 e^{- x^{2}}}{e^{- x^{2}}} + \frac{C}{e^{- x^{2}}}$

Schritt 7.3.1.2

Dividiere $- 3$ durch $1$ .

$y = - 3 + \frac{C}{e^{- x^{2}}}$