Cálculo Ejemplos
dydx+2xy=x2y2
Paso 1
Para resolver la ecuación diferencial, sea v=y1-n donde n es el exponente de y2.
v=y-1
Paso 2
Resuelve la ecuación en y.
y=v-1
Paso 3
Calcula la derivada de y con respecto a x.
y′=v-1
Paso 4
Paso 4.1
Calcula la derivada de v-1.
y′=ddx[v-1]
Paso 4.2
Reescribe la expresión mediante la regla del exponente negativo b-n=1bn.
y′=ddx[1v]
Paso 4.3
Diferencia con la regla del cociente, que establece que ddx[f(x)g(x)] es g(x)ddx[f(x)]-f(x)ddx[g(x)]g(x)2 donde f(x)=1 y g(x)=v.
y′=vddx[1]-1⋅1ddx[v]v2
Paso 4.4
Diferencia con la regla de la constante.
Paso 4.4.1
Multiplica -1 por 1.
y′=vddx[1]-ddx[v]v2
Paso 4.4.2
Como 1 es constante con respecto a x, la derivada de 1 con respecto a x es 0.
y′=v⋅0-ddx[v]v2
Paso 4.4.3
Simplifica la expresión.
Paso 4.4.3.1
Multiplica v por 0.
y′=0-ddx[v]v2
Paso 4.4.3.2
Resta ddx[v] de 0.
y′=-ddx[v]v2
Paso 4.4.3.3
Mueve el negativo al frente de la fracción.
y′=-ddx[v]v2
y′=-ddx[v]v2
y′=-ddx[v]v2
Paso 4.5
Reescribe ddx[v] como v′.
y′=-v′v2
y′=-v′v2
Paso 5
Sustituye -v′v2 por dydx y v-1 por y en la ecuación original dydx+2xy=x2y2.
-v′v2+2xv-1=x2(v-1)2
Paso 6
Paso 6.1
Reescribe la ecuación diferencial como dvdx+M(x)v=Q(x).
Paso 6.1.1
Reescribe la ecuación como M(x)dvdx+P(x)v=Q(x).
Paso 6.1.1.1
Multiplica cada término en -dvdxv2+2xv-1=x2(v-1)2 por -v2 para eliminar las fracciones.
Paso 6.1.1.1.1
Multiplica cada término en -dvdxv2+2xv-1=x2(v-1)2 por -v2.
-dvdxv2(-v2)+2xv-1(-v2)=x2(v-1)2(-v2)
Paso 6.1.1.1.2
Simplifica el lado izquierdo.
Paso 6.1.1.1.2.1
Simplifica cada término.
Paso 6.1.1.1.2.1.1
Cancela el factor común de v2.
Paso 6.1.1.1.2.1.1.1
Mueve el signo menos inicial en -dvdxv2 al numerador.
-dvdxv2(-v2)+2xv-1(-v2)=x2(v-1)2(-v2)
Paso 6.1.1.1.2.1.1.2
Factoriza v2 de -v2.
-dvdxv2(v2⋅-1)+2xv-1(-v2)=x2(v-1)2(-v2)
Paso 6.1.1.1.2.1.1.3
Cancela el factor común.
-dvdxv2(v2⋅-1)+2xv-1(-v2)=x2(v-1)2(-v2)
Paso 6.1.1.1.2.1.1.4
Reescribe la expresión.
-dvdx⋅-1+2xv-1(-v2)=x2(v-1)2(-v2)
-dvdx⋅-1+2xv-1(-v2)=x2(v-1)2(-v2)
Paso 6.1.1.1.2.1.2
Multiplica -1 por -1.
1dvdx+2xv-1(-v2)=x2(v-1)2(-v2)
Paso 6.1.1.1.2.1.3
Multiplica dvdx por 1.
dvdx+2xv-1(-v2)=x2(v-1)2(-v2)
Paso 6.1.1.1.2.1.4
Multiplica v-1 por v2 sumando los exponentes.
Paso 6.1.1.1.2.1.4.1
Mueve v2.
dvdx+2x(v2v-1)⋅-1=x2(v-1)2(-v2)
Paso 6.1.1.1.2.1.4.2
Usa la regla de la potencia aman=am+n para combinar exponentes.
dvdx+2xv2-1⋅-1=x2(v-1)2(-v2)
Paso 6.1.1.1.2.1.4.3
Resta 1 de 2.
dvdx+2xv1⋅-1=x2(v-1)2(-v2)
dvdx+2xv1⋅-1=x2(v-1)2(-v2)
Paso 6.1.1.1.2.1.5
Simplifica 2xv1⋅-1.
dvdx+2xv⋅-1=x2(v-1)2(-v2)
Paso 6.1.1.1.2.1.6
Multiplica -1 por 2.
dvdx-2xv=x2(v-1)2(-v2)
dvdx-2xv=x2(v-1)2(-v2)
dvdx-2xv=x2(v-1)2(-v2)
Paso 6.1.1.1.3
Simplifica el lado derecho.
Paso 6.1.1.1.3.1
Reescribe con la propiedad conmutativa de la multiplicación.
dvdx-2xv=-x2(v-1)2v2
Paso 6.1.1.1.3.2
Multiplica los exponentes en (v-1)2.
Paso 6.1.1.1.3.2.1
Aplica la regla de la potencia y multiplica los exponentes, (am)n=amn.
dvdx-2xv=-x2v-1⋅2v2
Paso 6.1.1.1.3.2.2
Multiplica -1 por 2.
dvdx-2xv=-x2v-2v2
dvdx-2xv=-x2v-2v2
Paso 6.1.1.1.3.3
Multiplica v-2 por v2 sumando los exponentes.
Paso 6.1.1.1.3.3.1
Mueve v2.
dvdx-2xv=-x2(v2v-2)
Paso 6.1.1.1.3.3.2
Usa la regla de la potencia aman=am+n para combinar exponentes.
dvdx-2xv=-x2v2-2
Paso 6.1.1.1.3.3.3
Resta 2 de 2.
dvdx-2xv=-x2v0
dvdx-2xv=-x2v0
Paso 6.1.1.1.3.4
Simplifica -x2v0.
dvdx-2xv=-x2
dvdx-2xv=-x2
dvdx-2xv=-x2
Paso 6.1.1.2
Reordena los términos.
dvdx-2vx=-x2
dvdx-2vx=-x2
Paso 6.1.2
Factoriza v de -2vx.
dvdx+v(-2x)=-x2
Paso 6.1.3
Reordena v y -2x.
dvdx-2xv=-x2
dvdx-2xv=-x2
Paso 6.2
El factor integrador se define mediante la fórmula e∫P(x)dx, donde P(x)=-2x.
Paso 6.2.1
Establece la integración.
e∫-2xdx
Paso 6.2.2
Integra -2x.
Paso 6.2.2.1
Dado que -2 es constante con respecto a x, mueve -2 fuera de la integral.
e-2∫xdx
Paso 6.2.2.2
Según la regla de la potencia, la integral de x con respecto a x es 12x2.
e-2(12x2+C)
Paso 6.2.2.3
Simplifica la respuesta.
Paso 6.2.2.3.1
Reescribe -2(12x2+C) como -2(12)x2+C.
e-2(12)x2+C
Paso 6.2.2.3.2
Simplifica.
Paso 6.2.2.3.2.1
Combina -2 y 12.
e-22x2+C
Paso 6.2.2.3.2.2
Cancela el factor común de -2 y 2.
Paso 6.2.2.3.2.2.1
Factoriza 2 de -2.
e2⋅-12x2+C
Paso 6.2.2.3.2.2.2
Cancela los factores comunes.
Paso 6.2.2.3.2.2.2.1
Factoriza 2 de 2.
e2⋅-12(1)x2+C
Paso 6.2.2.3.2.2.2.2
Cancela el factor común.
e2⋅-12⋅1x2+C
Paso 6.2.2.3.2.2.2.3
Reescribe la expresión.
e-11x2+C
Paso 6.2.2.3.2.2.2.4
Divide -1 por 1.
e-x2+C
e-x2+C
e-x2+C
e-x2+C
e-x2+C
e-x2+C
Paso 6.2.3
Elimina la constante de integración.
e-x2
e-x2
Paso 6.3
Multiplica cada término por el factor integrador e-x2.
Paso 6.3.1
Multiplica cada término por e-x2.
e-x2dvdx+e-x2(-2xv)=e-x2(-x2)
Paso 6.3.2
Reescribe con la propiedad conmutativa de la multiplicación.
e-x2dvdx-2e-x2(xv)=e-x2(-x2)
Paso 6.3.3
Reescribe con la propiedad conmutativa de la multiplicación.
e-x2dvdx-2e-x2(xv)=-e-x2x2
Paso 6.3.4
Reordena los factores en e-x2dvdx-2e-x2(xv)=-e-x2x2.
e-x2dvdx-2xve-x2=-x2e-x2
e-x2dvdx-2xve-x2=-x2e-x2
Paso 6.4
Reescribe el lado izquierdo como resultado de la diferenciación de un producto.
ddx[e-x2v]=-x2e-x2
Paso 6.5
Establece una integral en cada lado.
∫ddx[e-x2v]dx=∫-x2e-x2dx
Paso 6.6
Integra el lado izquierdo.
e-x2v=∫-x2e-x2dx
Paso 6.7
Integra el lado derecho.
Paso 6.7.1
Dado que -1 es constante con respecto a x, mueve -1 fuera de la integral.
e-x2v=-∫x2e-x2dx
Paso 6.7.2
Sea u1=-x2. Entonces du1=-2xdx, de modo que -12du1=xdx. Reescribe mediante u1 y d u1.
Paso 6.7.2.1
Deja u1=-x2. Obtén du1dx.
Paso 6.7.2.1.1
Diferencia -x2.
ddx[-x2]
Paso 6.7.2.1.2
Como -1 es constante con respecto a x, la derivada de -x2 con respecto a x es -ddx[x2].
-ddx[x2]
Paso 6.7.2.1.3
Diferencia con la regla de la potencia, que establece que ddx[xn] es nxn-1 donde n=2.
-(2x)
Paso 6.7.2.1.4
Multiplica 2 por -1.
-2x
-2x
Paso 6.7.2.2
Reescribe el problema mediante u1 y du1.
e-x2v=-∫√-u1eu11-2du1
e-x2v=-∫√-u1eu11-2du1
Paso 6.7.3
Simplifica.
Paso 6.7.3.1
Mueve el negativo al frente de la fracción.
e-x2v=-∫√-u1eu1(-12)du1
Paso 6.7.3.2
Combina √-u1 y 12.
e-x2v=-∫eu1(-√-u12)du1
Paso 6.7.3.3
Combina eu1 y √-u12.
e-x2v=-∫-eu1√-u12du1
e-x2v=-∫-eu1√-u12du1
Paso 6.7.4
Dado que -1 es constante con respecto a u1, mueve -1 fuera de la integral.
e-x2v=--∫eu1√-u12du1
Paso 6.7.5
Simplifica.
Paso 6.7.5.1
Multiplica -1 por -1.
e-x2v=1∫eu1√-u12du1
Paso 6.7.5.2
Multiplica ∫eu1√-u12du1 por 1.
e-x2v=∫eu1√-u12du1
e-x2v=∫eu1√-u12du1
Paso 6.7.6
Dado que 12 es constante con respecto a u1, mueve 12 fuera de la integral.
e-x2v=12∫eu1√-u1du1
Paso 6.7.7
Integra por partes mediante la fórmula ∫udv=uv-∫vdu, donde u=eu1 y dv=√-u1.
e-x2v=12(eu1(-23u232)-∫-23u232eu1du1)
Paso 6.7.8
Simplifica.
Paso 6.7.8.1
Combina u232 y 23.
e-x2v=12(eu1(-u232⋅23)-∫-23u232eu1du1)
Paso 6.7.8.2
Combina eu1 y u232⋅23.
e-x2v=12(-eu1(u232⋅2)3-∫-23u232eu1du1)
Paso 6.7.8.3
Mueve 2 a la izquierda de u232.
e-x2v=12(-eu1(2⋅u232)3-∫-23u232eu1du1)
Paso 6.7.8.4
Mueve 2 a la izquierda de eu1.
e-x2v=12(-2⋅eu1u2323-∫-23u232eu1du1)
Paso 6.7.8.5
Combina u232 y 23.
e-x2v=12(-2eu1u2323-∫-u232⋅23eu1du1)
Paso 6.7.8.6
Combina eu1 y u232⋅23.
e-x2v=12(-2eu1u2323-∫-eu1(u232⋅2)3du1)
Paso 6.7.8.7
Mueve 2 a la izquierda de u232.
e-x2v=12(-2eu1u2323-∫-eu1(2⋅u232)3du1)
Paso 6.7.8.8
Mueve 2 a la izquierda de eu1.
e-x2v=12(-2eu1u2323-∫-2eu1u2323du1)
e-x2v=12(-2eu1u2323-∫-2eu1u2323du1)
Paso 6.7.9
Dado que -1 es constante con respecto a u1, mueve -1 fuera de la integral.
e-x2v=12(-2eu1u2323--∫2eu1u2323du1)
Paso 6.7.10
Simplifica.
Paso 6.7.10.1
Multiplica -1 por -1.
e-x2v=12(-2eu1u2323+1∫2eu1u2323du1)
Paso 6.7.10.2
Multiplica ∫2eu1u2323du1 por 1.
e-x2v=12(-2eu1u2323+∫2eu1u2323du1)
e-x2v=12(-2eu1u2323+∫2eu1u2323du1)
Paso 6.7.11
Dado que 2u2323 es constante con respecto a u1, mueve 2u2323 fuera de la integral.
e-x2v=12(-2eu1u2323+2u2323∫eu1du1)
Paso 6.7.12
La integral de eu1 con respecto a u1 es eu1.
e-x2v=12(-2eu1u2323+2u2323(eu1+C))
Paso 6.7.13
Simplifica.
Paso 6.7.13.1
Reescribe 12(-2eu1u2323+2u2323(eu1+C)) como 12(-23eu1u232+23u232eu1)+C.
e-x2v=12(-23eu1u232+23u232eu1)+C
Paso 6.7.13.2
Simplifica.
Paso 6.7.13.2.1
Combina eu1 y 23.
e-x2v=12(-eu1⋅23u232+23u232eu1)+C
Paso 6.7.13.2.2
Combina u232 y eu1⋅23.
e-x2v=12(-u232(eu1⋅2)3+23u232eu1)+C
Paso 6.7.13.2.3
Mueve 2 a la izquierda de eu1.
e-x2v=12(-u232(2⋅eu1)3+23u232eu1)+C
Paso 6.7.13.2.4
Mueve 2 a la izquierda de u232.
e-x2v=12(-2⋅u232eu13+23u232eu1)+C
Paso 6.7.13.2.5
Combina 23 y u232.
e-x2v=12(-2u232eu13+2u2323eu1)+C
Paso 6.7.13.2.6
Combina 2u2323 y eu1.
e-x2v=12(-2u232eu13+2u232eu13)+C
Paso 6.7.13.2.7
Suma -2u232eu13 y 2u232eu13.
e-x2v=12⋅0+C
Paso 6.7.13.2.8
Multiplica 12 por 0.
e-x2v=0+C
Paso 6.7.13.2.9
Suma 0 y C.
e-x2v=C
e-x2v=C
e-x2v=C
e-x2v=C
Paso 6.8
Divide cada término en e-x2v=C por e-x2 y simplifica.
Paso 6.8.1
Divide cada término en e-x2v=C por e-x2.
e-x2ve-x2=Ce-x2
Paso 6.8.2
Simplifica el lado izquierdo.
Paso 6.8.2.1
Cancela el factor común de e-x2.
Paso 6.8.2.1.1
Cancela el factor común.
e-x2ve-x2=Ce-x2
Paso 6.8.2.1.2
Divide v por 1.
v=Ce-x2
v=Ce-x2
v=Ce-x2
v=Ce-x2
v=Ce-x2
Paso 7
Sustituye y-1 por v.
y-1=Ce-x2