Analysis Beispiele

$(4 x - y) d x + (6 y - x) d y = 0$

Schritt 1

Ermittle $\frac{\partial M}{\partial y}$ , wenn $M (x, y) = 4 x - y$ .

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Schritt 1.1

Differenziere $M$ nach $y$ .

$\frac{\partial M}{\partial y} = \frac{d}{d y} [4 x - y]$

Schritt 1.2

Differenziere.

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Schritt 1.2.1

Gemäß der Summenregel ist die Ableitung von $4 x - y$ nach $y$ $\frac{d}{d y} [4 x] + \frac{d}{d y} [- y]$ .

$\frac{\partial M}{\partial y} = \frac{d}{d y} [4 x] + \frac{d}{d y} [- y]$

Schritt 1.2.2

Da $4 x$ konstant bezüglich $y$ ist, ist die Ableitung von $4 x$ bezüglich $y$ gleich $0$ .

$\frac{\partial M}{\partial y} = 0 + \frac{d}{d y} [- y]$

Schritt 1.3

Berechne $\frac{d}{d y} [- y]$ .

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Schritt 1.3.1

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

$\frac{\partial M}{\partial y} = 0 - \frac{d}{d y} [y]$

Schritt 1.3.2

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

$\frac{\partial M}{\partial y} = 0 - 1 \cdot 1$

Schritt 1.3.3

Mutltipliziere $- 1$ mit $1$ .

$\frac{\partial M}{\partial y} = 0 - 1$

Schritt 1.4

Subtrahiere $1$ von $0$ .

$\frac{\partial M}{\partial y} = - 1$

Schritt 2

Ermittle $\frac{\partial N}{\partial x}$ , wenn $N (x, y) = 6 y - x$ .

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Schritt 2.1

Differenziere $N$ nach $x$ .

$\frac{\partial N}{\partial x} = \frac{d}{d x} [6 y - x]$

Schritt 2.2

Differenziere.

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Schritt 2.2.1

Gemäß der Summenregel ist die Ableitung von $6 y - x$ nach $x$ $\frac{d}{d x} [6 y] + \frac{d}{d x} [- x]$ .

$\frac{\partial N}{\partial x} = \frac{d}{d x} [6 y] + \frac{d}{d x} [- x]$

Schritt 2.2.2

Da $6 y$ konstant bezüglich $x$ ist, ist die Ableitung von $6 y$ bezüglich $x$ gleich $0$ .

$\frac{\partial N}{\partial x} = 0 + \frac{d}{d x} [- x]$

Schritt 2.3

Berechne $\frac{d}{d x} [- x]$ .

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Schritt 2.3.1

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

$\frac{\partial N}{\partial x} = 0 - \frac{d}{d x} [x]$

Schritt 2.3.2

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

$\frac{\partial N}{\partial x} = 0 - 1 \cdot 1$

Schritt 2.3.3

Mutltipliziere $- 1$ mit $1$ .

$\frac{\partial N}{\partial x} = 0 - 1$

Schritt 2.4

Subtrahiere $1$ von $0$ .

$\frac{\partial N}{\partial x} = - 1$

Schritt 3

Prüfe, ob $\frac{\partial M}{\partial y} = \frac{\partial N}{\partial x}$ .

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Schritt 3.1

Setze $- 1$ für $\frac{\partial M}{\partial y}$ und $- 1$ für $\frac{\partial N}{\partial x}$ ein.

$- 1 = - 1$

Schritt 3.2

Da gezeigt wurde, dass die beiden Seiten äquivalent sind, ist die Gleichung eine Identitätsgleichung.

$- 1 = - 1$ ist eine Identitätsgleichung.

Schritt 4

Setze $f (x, y)$ gleich dem Integral von $M (x, y)$ .

$f (x, y) = \int 4 x - y d x$

Schritt 5

Integriere $M (x, y) = 4 x - y$ , um $f (x, y)$ zu finden.

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Schritt 5.1

Zerlege das einzelne Integral in mehrere Integrale.

$f (x, y) = \int 4 x d x + \int - y d x$

Schritt 5.2

Da $4$ konstant bezüglich $x$ ist, ziehe $4$ aus dem Integral.

$f (x, y) = 4 \int x d x + \int - y d x$

Schritt 5.3

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

$f (x, y) = 4 (\frac{1}{2} x^{2} + C) + \int - y d x$

Schritt 5.4

Wende die Konstantenregel an.

$f (x, y) = 4 (\frac{1}{2} x^{2} + C) - y x + C$

Schritt 5.5

Kombiniere $\frac{1}{2}$ und $x^{2}$ .

$f (x, y) = 4 (\frac{x^{2}}{2} + C) - y x + C$

Schritt 5.6

Vereinfache.

$f (x, y) = 2 x^{2} - y x + C$

Schritt 6

Da das Integral von $g (y)$ eine Integrationskonstante enthalten wird, können wir $C$ durch $g (y)$ ersetzen.

$f (x, y) = 2 x^{2} - y x + g (y)$

Schritt 7

Setze $\frac{\partial f}{\partial y} = N (x, y)$ .

$\frac{\partial f}{\partial y} = 6 y - x$

Schritt 8

Ermittle $\frac{\partial f}{\partial y}$ .

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Schritt 8.1

Differenziere $f$ nach $y$ .

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

Schritt 8.2

Differenziere.

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Schritt 8.2.1

Gemäß der Summenregel ist die Ableitung von $2 x^{2} - y x + g (y)$ nach $y$ $\frac{d}{d y} [2 x^{2}] + \frac{d}{d y} [- y x] + \frac{d}{d y} [g (y)]$ .

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

Schritt 8.2.2

Da $2 x^{2}$ konstant bezüglich $y$ ist, ist die Ableitung von $2 x^{2}$ bezüglich $y$ gleich $0$ .

$0 + \frac{d}{d y} [- y x] + \frac{d}{d y} [g (y)] = 6 y - x$

Schritt 8.3

Berechne $\frac{d}{d y} [- y x]$ .

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Schritt 8.3.1

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

$0 - x \frac{d}{d y} [y] + \frac{d}{d y} [g (y)] = 6 y - x$

Schritt 8.3.2

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

$0 - x \cdot 1 + \frac{d}{d y} [g (y)] = 6 y - x$

Schritt 8.3.3

Mutltipliziere $- 1$ mit $1$ .

$0 - x + \frac{d}{d y} [g (y)] = 6 y - x$

Schritt 8.4

Differenziere unter Anwendung der Funktionsregel, die besagt, dass die Ableitung von $g (y)$ $\frac{d g}{d y}$ ist.

$0 - x + \frac{d g}{d y} = 6 y - x$

Schritt 8.5

Vereinfache.

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Schritt 8.5.1

Subtrahiere $x$ von $0$ .

$- x + \frac{d g}{d y} = 6 y - x$

Schritt 8.5.2

Stelle die Terme um.

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

Schritt 9

Löse nach $\frac{d g}{d y}$ auf.

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Schritt 9.1

Bringe alle Terme, die nicht $\frac{d g}{d y}$ enthalten, auf die rechte Seite der Gleichung.

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Schritt 9.1.1

Addiere $x$ zu beiden Seiten der Gleichung.

$\frac{d g}{d y} = 6 y - x + x$

Schritt 9.1.2

Vereine die Terme mit entgegengesetztem Vorzeichen in $6 y - x + x$ .

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Schritt 9.1.2.1

Addiere $- x$ und $x$ .

$\frac{d g}{d y} = 6 y + 0$

Schritt 9.1.2.2

Addiere $6 y$ und $0$ .

$\frac{d g}{d y} = 6 y$

Schritt 10

Bestimme die Stammfunktion von $6 y$ , um $g (y)$ zu finden.

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Schritt 10.1

Integriere beide Seiten von $\frac{d g}{d y} = 6 y$ .

$\int \frac{d g}{d y} d y = \int 6 y d y$

Schritt 10.2

Berechne $\int \frac{d g}{d y} d y$ .

$g (y) = \int 6 y d y$

Schritt 10.3

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

$g (y) = 6 \int y d y$

Schritt 10.4

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

$g (y) = 6 (\frac{1}{2} y^{2} + C)$

Schritt 10.5

Vereinfache die Lösung.

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Schritt 10.5.1

Schreibe $6 (\frac{1}{2} y^{2} + C)$ als $6 (\frac{1}{2}) y^{2} + C$ um.

$g (y) = 6 (\frac{1}{2}) y^{2} + C$

Schritt 10.5.2

Vereinfache.

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Schritt 10.5.2.1

Kombiniere $6$ und $\frac{1}{2}$ .

$g (y) = \frac{6}{2} y^{2} + C$

Schritt 10.5.2.2

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

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Schritt 10.5.2.2.1

Faktorisiere $2$ aus $6$ heraus.

$g (y) = \frac{2 \cdot 3}{2} y^{2} + C$

Schritt 10.5.2.2.2

Kürze die gemeinsamen Faktoren.

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Schritt 10.5.2.2.2.1

Faktorisiere $2$ aus $2$ heraus.

$g (y) = \frac{2 \cdot 3}{2 (1)} y^{2} + C$

Schritt 10.5.2.2.2.2

Kürze den gemeinsamen Faktor.

$g (y) = \frac{2 \cdot 3}{2 \cdot 1} y^{2} + C$

Schritt 10.5.2.2.2.3

Forme den Ausdruck um.

$g (y) = \frac{3}{1} y^{2} + C$

Schritt 10.5.2.2.2.4

Dividiere $3$ durch $1$ .

$g (y) = 3 y^{2} + C$

Schritt 11

Setze $g (y)$ in $f (x, y) = 2 x^{2} - y x + g (y)$ ein.

$f (x, y) = 2 x^{2} - y x + 3 y^{2} + C$