Analysis Beispiele

$\frac{d y}{d x} = \frac{y - 1}{x + 3}$ , $y (- 1) = 0$

Schritt 1

Separiere die Variablen.

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Schritt 1.1

Multipliziere beide Seiten mit $\frac{1}{y - 1}$ .

$\frac{1}{y - 1} \frac{d y}{d x} = \frac{1}{y - 1} \cdot \frac{y - 1}{x + 3}$

Schritt 1.2

Kürze den gemeinsamen Faktor von $y - 1$ .

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Schritt 1.2.1

Kürze den gemeinsamen Faktor.

$\frac{1}{y - 1} \frac{d y}{d x} = \frac{1}{y - 1} \cdot \frac{y - 1}{x + 3}$

Schritt 1.2.2

Forme den Ausdruck um.

$\frac{1}{y - 1} \frac{d y}{d x} = \frac{1}{x + 3}$

Schritt 1.3

Schreibe die Gleichung um.

$\frac{1}{y - 1} d y = \frac{1}{x + 3} d x$

Schritt 2

Integriere beide Seiten.

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Schritt 2.1

Integriere auf beiden Seiten.

$\int \frac{1}{y - 1} d y = \int \frac{1}{x + 3} d x$

Schritt 2.2

Integriere die linke Seite.

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Schritt 2.2.1

Sei $u_{1} = y - 1$ . Dann ist $d u_{1} = d y$ . Forme um unter Vewendung von $u_{1}$ und $d$ $u_{1}$ .

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Schritt 2.2.1.1

Es sei $u_{1} = y - 1$ . Ermittle $\frac{d u_{1}}{d y}$ .

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Schritt 2.2.1.1.1

Differenziere $y - 1$ .

$\frac{d}{d y} [y - 1]$

Schritt 2.2.1.1.2

Gemäß der Summenregel ist die Ableitung von $y - 1$ nach $y$ $\frac{d}{d y} [y] + \frac{d}{d y} [- 1]$ .

$\frac{d}{d y} [y] + \frac{d}{d y} [- 1]$

Schritt 2.2.1.1.3

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

$1 + \frac{d}{d y} [- 1]$

Schritt 2.2.1.1.4

Da $- 1$ konstant bezüglich $y$ ist, ist die Ableitung von $- 1$ bezüglich $y$ gleich $0$ .

$1 + 0$

Schritt 2.2.1.1.5

Addiere $1$ und $0$ .

$1$

Schritt 2.2.1.2

Schreibe die Aufgabe mithlfe von $u_{1}$ und $d u_{1}$ neu.

$\int \frac{1}{u_{1}} d u_{1} = \int \frac{1}{x + 3} d x$

Schritt 2.2.2

Das Integral von $\frac{1}{u_{1}}$ nach $u_{1}$ ist $\ln (| u_{1} |)$ .

$\ln (| u_{1} |) + C_{1} = \int \frac{1}{x + 3} d x$

Schritt 2.2.3

Ersetze alle $u_{1}$ durch $y - 1$ .

$\ln (| y - 1 |) + C_{1} = \int \frac{1}{x + 3} d x$

Schritt 2.3

Integriere die rechte Seite.

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Schritt 2.3.1

Sei $u_{2} = x + 3$ . Dann ist $d u_{2} = d x$ . Forme um unter Vewendung von $u_{2}$ und $d$ $u_{2}$ .

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Schritt 2.3.1.1

Es sei $u_{2} = x + 3$ . Ermittle $\frac{d u_{2}}{d x}$ .

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Schritt 2.3.1.1.1

Differenziere $x + 3$ .

$\frac{d}{d x} [x + 3]$

Schritt 2.3.1.1.2

Gemäß der Summenregel ist die Ableitung von $x + 3$ nach $x$ $\frac{d}{d x} [x] + \frac{d}{d x} [3]$ .

$\frac{d}{d x} [x] + \frac{d}{d x} [3]$

Schritt 2.3.1.1.3

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

$1 + \frac{d}{d x} [3]$

Schritt 2.3.1.1.4

Da $3$ konstant bezüglich $x$ ist, ist die Ableitung von $3$ bezüglich $x$ gleich $0$ .

$1 + 0$

Schritt 2.3.1.1.5

Addiere $1$ und $0$ .

$1$

Schritt 2.3.1.2

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

$\ln (| y - 1 |) + C_{1} = \int \frac{1}{u_{2}} d u_{2}$

Schritt 2.3.2

Das Integral von $\frac{1}{u_{2}}$ nach $u_{2}$ ist $\ln (| u_{2} |)$ .

$\ln (| y - 1 |) + C_{1} = \ln (| u_{2} |) + C_{2}$

Schritt 2.3.3

Ersetze alle $u_{2}$ durch $x + 3$ .

$\ln (| y - 1 |) + C_{1} = \ln (| x + 3 |) + C_{2}$

Schritt 2.4

Fasse die Konstanten der Integration auf der rechten Seite als $C$ zusammen.

$\ln (| y - 1 |) = \ln (| x + 3 |) + C$

Schritt 3

Löse nach $y$ auf.

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Schritt 3.1

Bringe alle Terme, die einen Logarithmus enthalten, auf die linke Seite der Gleichung.

$\ln (| y - 1 |) - \ln (| x + 3 |) = C$

Schritt 3.2

Nutze die Quotienteneigenschaft von Logarithmen, $\log_{b} (x) - \log_{b} (y) = \log_{b} (\frac{x}{y})$ .

$\ln (\frac{| y - 1 |}{| x + 3 |}) = C$

Schritt 3.3

Um nach $y$ aufzulösen, schreibe die Gleichung mithilfe der Logarithmengesetze um.

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

Schritt 3.4

Schreibe $\ln (\frac{| y - 1 |}{| x + 3 |}) = C$ in eine Exponentialform indem du die Definition des Logarithmus verwendest. Wenn $x$ und $b$ positive reelle Zahlen sind und $b \neq 1$ ist, dann ist $\log_{b} (x) = y$ gleich $b^{y} = x$ .

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

Schritt 3.5

Löse nach $y$ auf.

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Schritt 3.5.1

Schreibe die Gleichung als $\frac{| y - 1 |}{| x + 3 |} = e^{C}$ um.

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

Schritt 3.5.2

Multipliziere beide Seiten mit $| x + 3 |$ .

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

Schritt 3.5.3

Vereinfache die linke Seite.

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Schritt 3.5.3.1

Kürze den gemeinsamen Faktor von $| x + 3 |$ .

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Schritt 3.5.3.1.1

Kürze den gemeinsamen Faktor.

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

Schritt 3.5.3.1.2

Forme den Ausdruck um.

$| y - 1 | = e^{C} | x + 3 |$

Schritt 3.5.4

Löse nach $y$ auf.

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Schritt 3.5.4.1

Stelle die Faktoren in $e^{C} | x + 3 |$ um.

$| y - 1 | = | x + 3 | e^{C}$

Schritt 3.5.4.2

Entferne den Term mit dem absoluten Wert. Dies erzeugt ein $\pm$ auf der rechten Seite der Gleichung, da $| x | = \pm x$ .

$y - 1 = \pm | x + 3 | e^{C}$

Schritt 3.5.4.3

Stelle die Faktoren in $\pm | x + 3 | e^{C}$ um.

$y - 1 = \pm e^{C} | x + 3 |$

Schritt 3.5.4.4

Addiere $1$ zu beiden Seiten der Gleichung.

$y = \pm e^{C} | x + 3 | + 1$

Schritt 4

Gruppiere die konstanten Terme.

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Schritt 4.1

Vereinfache die Konstante der Integration.

$y = \pm C | x + 3 | + 1$

Schritt 4.2

Kombiniere Konstanten mit Plus oder Minus.

$y = C | x + 3 | + 1$

Schritt 5

Verwende die Anfangsbedingung um die Werte für $C$ zu finden indem $- 1$ für $x$ und $0$ für $y$ in $y = C | x + 3 | + 1$ ersetzt wird.

$0 = C | - 1 + 3 | + 1$

Schritt 6

Löse nach $C$ auf.

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Schritt 6.1

Schreibe die Gleichung als $C | - 1 + 3 | + 1 = 0$ um.

$C | - 1 + 3 | + 1 = 0$

Schritt 6.2

Vereinfache jeden Term.

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Schritt 6.2.1

Addiere $- 1$ und $3$ .

$C | 2 | + 1 = 0$

Schritt 6.2.2

Der Absolutwert ist der Abstand zwischen einer Zahl und null. Der Abstand zwischen $0$ und $2$ ist $2$ .

$C \cdot 2 + 1 = 0$

Schritt 6.2.3

Bringe $2$ auf die linke Seite von $C$ .

$2 C + 1 = 0$

Schritt 6.3

Subtrahiere $1$ von beiden Seiten der Gleichung.

$2 C = - 1$

Schritt 6.4

Teile jeden Ausdruck in $2 C = - 1$ durch $2$ und vereinfache.

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Schritt 6.4.1

Teile jeden Ausdruck in $2 C = - 1$ durch $2$ .

$\frac{2 C}{2} = \frac{- 1}{2}$

Schritt 6.4.2

Vereinfache die linke Seite.

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Schritt 6.4.2.1

Kürze den gemeinsamen Faktor von $2$ .

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Schritt 6.4.2.1.1

Kürze den gemeinsamen Faktor.

$\frac{2 C}{2} = \frac{- 1}{2}$

Schritt 6.4.2.1.2

Dividiere $C$ durch $1$ .

$C = \frac{- 1}{2}$

Schritt 6.4.3

Vereinfache die rechte Seite.

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Schritt 6.4.3.1

Ziehe das Minuszeichen vor den Bruch.

$C = - \frac{1}{2}$

Schritt 7

Setze $- \frac{1}{2}$ für $C$ in $y = C | x + 3 | + 1$ ein und vereinfache.

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Schritt 7.1

Ersetze $C$ durch $- \frac{1}{2}$ .

$y = - \frac{1}{2} | x + 3 | + 1$

Schritt 7.2

Kombiniere $| x + 3 |$ und $\frac{1}{2}$ .

$y = - \frac{| x + 3 |}{2} + 1$

Schritt 7.3

Schreibe $1$ als Bruch mit einem gemeinsamen Nenner.

$y = - \frac{| x + 3 |}{2} + \frac{2}{2}$

Schritt 7.4

Vereinige die Zähler über dem gemeinsamen Nenner.

$y = \frac{- | x + 3 | + 2}{2}$