Cálculo Ejemplos

$x \frac{d y}{d x} + 2 y = x (3 + 5 x^{2})$

Paso 1

Reescribe la ecuación diferencial como $\frac{d y}{d x} + M (x) y = Q (x)$ .

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Paso 1.1

Reescribe la ecuación como $M (x) \frac{d y}{d x} + P (x) y = Q (x)$ .

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Paso 1.1.1

Aplica la propiedad distributiva.

$x \frac{d y}{d x} + 2 y = x \cdot 3 + x (5 x^{2})$

Paso 1.1.2

Reordena los términos.

$x \frac{d y}{d x} + 2 y = 5 x^{2} x + 3 x$

Paso 1.2

Divide cada término en $x \frac{d y}{d x} + 2 y = 5 x^{2} x + 3 x$ por $x$ .

$\frac{x \frac{d y}{d x}}{x} + \frac{2 y}{x} = \frac{5 x^{2} x}{x} + \frac{3 x}{x}$

Paso 1.3

Cancela el factor común de $x$ .

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Paso 1.3.1

Cancela el factor común.

$\frac{x \frac{d y}{d x}}{x} + \frac{2 y}{x} = \frac{5 x^{2} x}{x} + \frac{3 x}{x}$

Paso 1.3.2

Divide $\frac{d y}{d x}$ por $1$ .

$\frac{d y}{d x} + \frac{2 y}{x} = \frac{5 x^{2} x}{x} + \frac{3 x}{x}$

Paso 1.4

Cancela el factor común de $x^{2}$ y $x$ .

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Paso 1.4.1

Factoriza $x$ de $5 x^{2} x$ .

$\frac{d y}{d x} + \frac{2 y}{x} = \frac{x (5 x \cdot x)}{x} + \frac{3 x}{x}$

Paso 1.4.2

Cancela los factores comunes.

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Paso 1.4.2.1

Eleva $x$ a la potencia de $1$ .

$\frac{d y}{d x} + \frac{2 y}{x} = \frac{x (5 x \cdot x)}{x^{1}} + \frac{3 x}{x}$

Paso 1.4.2.2

Factoriza $x$ de $x^{1}$ .

$\frac{d y}{d x} + \frac{2 y}{x} = \frac{x (5 x \cdot x)}{x \cdot 1} + \frac{3 x}{x}$

Paso 1.4.2.3

Cancela el factor común.

$\frac{d y}{d x} + \frac{2 y}{x} = \frac{x (5 x \cdot x)}{x \cdot 1} + \frac{3 x}{x}$

Paso 1.4.2.4

Reescribe la expresión.

$\frac{d y}{d x} + \frac{2 y}{x} = \frac{5 x \cdot x}{1} + \frac{3 x}{x}$

Paso 1.4.2.5

Divide $5 x \cdot x$ por $1$ .

$\frac{d y}{d x} + \frac{2 y}{x} = 5 x \cdot x + \frac{3 x}{x}$

Paso 1.5

Cancela el factor común de $x$ .

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Paso 1.5.1

Cancela el factor común.

$\frac{d y}{d x} + \frac{2 y}{x} = 5 x \cdot x + \frac{3 x}{x}$

Paso 1.5.2

Divide $3$ por $1$ .

$\frac{d y}{d x} + \frac{2 y}{x} = 5 x \cdot x + 3$

Paso 1.6

Eleva $x$ a la potencia de $1$ .

$\frac{d y}{d x} + \frac{2 y}{x} = 5 (x^{1} x) + 3$

Paso 1.7

Eleva $x$ a la potencia de $1$ .

$\frac{d y}{d x} + \frac{2 y}{x} = 5 (x^{1} x^{1}) + 3$

Paso 1.8

Usa la regla de la potencia $a^{m} a^{n} = a^{m + n}$ para combinar exponentes.

$\frac{d y}{d x} + \frac{2 y}{x} = 5 x^{1 + 1} + 3$

Paso 1.9

Suma $1$ y $1$ .

$\frac{d y}{d x} + \frac{2 y}{x} = 5 x^{2} + 3$

Paso 1.10

Factoriza $y$ de $\frac{2 y}{x}$ .

$\frac{d y}{d x} + y \frac{2}{x} = 5 x^{2} + 3$

Paso 1.11

Reordena $y$ y $\frac{2}{x}$ .

$\frac{d y}{d x} + \frac{2}{x} y = 5 x^{2} + 3$

Paso 2

El factor integrador se define mediante la fórmula $e^{\int P (x) d x}$ , donde $P (x) = \frac{2}{x}$ .

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Paso 2.1

Establece la integración.

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

Paso 2.2

Integra $\frac{2}{x}$ .

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Paso 2.2.1

Dado que $2$ es constante con respecto a $x$ , mueve $2$ fuera de la integral.

$e^{2 \int \frac{1}{x} d x}$

Paso 2.2.2

La integral de $\frac{1}{x}$ con respecto a $x$ es $\ln (| x |)$ .

$e^{2 (\ln (| x |) + C)}$

Paso 2.2.3

Simplifica.

$e^{2 \ln (| x |) + C}$

Paso 2.3

Elimina la constante de integración.

$e^{2 \ln (x)}$

Paso 2.4

Usa la regla de la potencia del logaritmo.

$e^{\ln (x^{2})}$

Paso 2.5

Potencia y logaritmo son funciones inversas.

$x^{2}$

Paso 3

Multiplica cada término por el factor integrador $x^{2}$ .

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Paso 3.1

Multiplica cada término por $x^{2}$ .

$x^{2} \frac{d y}{d x} + x^{2} (\frac{2}{x} y) = x^{2} (5 x^{2}) + x^{2} \cdot 3$

Paso 3.2

Simplifica cada término.

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Paso 3.2.1

Combina $\frac{2}{x}$ y $y$ .

$x^{2} \frac{d y}{d x} + x^{2} \frac{2 y}{x} = x^{2} (5 x^{2}) + x^{2} \cdot 3$

Paso 3.2.2

Cancela el factor común de $x$ .

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Paso 3.2.2.1

Factoriza $x$ de $x^{2}$ .

$x^{2} \frac{d y}{d x} + x \cdot x \frac{2 y}{x} = x^{2} (5 x^{2}) + x^{2} \cdot 3$

Paso 3.2.2.2

Cancela el factor común.

$x^{2} \frac{d y}{d x} + x \cdot x \frac{2 y}{x} = x^{2} (5 x^{2}) + x^{2} \cdot 3$

Paso 3.2.2.3

Reescribe la expresión.

$x^{2} \frac{d y}{d x} + x (2 y) = x^{2} (5 x^{2}) + x^{2} \cdot 3$

Paso 3.2.3

Reescribe con la propiedad conmutativa de la multiplicación.

$x^{2} \frac{d y}{d x} + 2 x y = x^{2} (5 x^{2}) + x^{2} \cdot 3$

Paso 3.3

Simplifica cada término.

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Paso 3.3.1

Reescribe con la propiedad conmutativa de la multiplicación.

$x^{2} \frac{d y}{d x} + 2 x y = 5 x^{2} x^{2} + x^{2} \cdot 3$

Paso 3.3.2

Multiplica $x^{2}$ por $x^{2}$ sumando los exponentes.

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Paso 3.3.2.1

Mueve $x^{2}$ .

$x^{2} \frac{d y}{d x} + 2 x y = 5 (x^{2} x^{2}) + x^{2} \cdot 3$

Paso 3.3.2.2

Usa la regla de la potencia $a^{m} a^{n} = a^{m + n}$ para combinar exponentes.

$x^{2} \frac{d y}{d x} + 2 x y = 5 x^{2 + 2} + x^{2} \cdot 3$

Paso 3.3.2.3

Suma $2$ y $2$ .

$x^{2} \frac{d y}{d x} + 2 x y = 5 x^{4} + x^{2} \cdot 3$

Paso 3.3.3

Mueve $3$ a la izquierda de $x^{2}$ .

$x^{2} \frac{d y}{d x} + 2 x y = 5 x^{4} + 3 x^{2}$

Paso 4

Reescribe el lado izquierdo como resultado de la diferenciación de un producto.

$\frac{d}{d x} [x^{2} y] = 5 x^{4} + 3 x^{2}$

Paso 5

Establece una integral en cada lado.

$\int \frac{d}{d x} [x^{2} y] d x = \int 5 x^{4} + 3 x^{2} d x$

Paso 6

Integra el lado izquierdo.

$x^{2} y = \int 5 x^{4} + 3 x^{2} d x$

Paso 7

Integra el lado derecho.

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Paso 7.1

Divide la única integral en varias integrales.

$x^{2} y = \int 5 x^{4} d x + \int 3 x^{2} d x$

Paso 7.2

Dado que $5$ es constante con respecto a $x$ , mueve $5$ fuera de la integral.

$x^{2} y = 5 \int x^{4} d x + \int 3 x^{2} d x$

Paso 7.3

Según la regla de la potencia, la integral de $x^{4}$ con respecto a $x$ es $\frac{1}{5} x^{5}$ .

$x^{2} y = 5 (\frac{1}{5} x^{5} + C) + \int 3 x^{2} d x$

Paso 7.4

Dado que $3$ es constante con respecto a $x$ , mueve $3$ fuera de la integral.

$x^{2} y = 5 (\frac{1}{5} x^{5} + C) + 3 \int x^{2} d x$

Paso 7.5

Según la regla de la potencia, la integral de $x^{2}$ con respecto a $x$ es $\frac{1}{3} x^{3}$ .

$x^{2} y = 5 (\frac{1}{5} x^{5} + C) + 3 (\frac{1}{3} x^{3} + C)$

Paso 7.6

Simplifica.

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Paso 7.6.1

Simplifica.

$x^{2} y = 5 (\frac{1}{5}) x^{5} + 3 (\frac{1}{3}) x^{3} + C$

Paso 7.6.2

Simplifica.

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Paso 7.6.2.1

Combina $5$ y $\frac{1}{5}$ .

$x^{2} y = \frac{5}{5} x^{5} + 3 (\frac{1}{3}) x^{3} + C$

Paso 7.6.2.2

Cancela el factor común de $5$ .

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Paso 7.6.2.2.1

Cancela el factor común.

$x^{2} y = \frac{5}{5} x^{5} + 3 (\frac{1}{3}) x^{3} + C$

Paso 7.6.2.2.2

Reescribe la expresión.

$x^{2} y = 1 x^{5} + 3 (\frac{1}{3}) x^{3} + C$

Paso 7.6.2.3

Multiplica $x^{5}$ por $1$ .

$x^{2} y = x^{5} + 3 (\frac{1}{3}) x^{3} + C$

Paso 7.6.2.4

Combina $3$ y $\frac{1}{3}$ .

$x^{2} y = x^{5} + \frac{3}{3} x^{3} + C$

Paso 7.6.2.5

Cancela el factor común de $3$ .

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Paso 7.6.2.5.1

Cancela el factor común.

$x^{2} y = x^{5} + \frac{3}{3} x^{3} + C$

Paso 7.6.2.5.2

Reescribe la expresión.

$x^{2} y = x^{5} + 1 x^{3} + C$

Paso 7.6.2.6

Multiplica $x^{3}$ por $1$ .

$x^{2} y = x^{5} + x^{3} + C$

Paso 8

Divide cada término en $x^{2} y = x^{5} + x^{3} + C$ por $x^{2}$ y simplifica.

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Paso 8.1

Divide cada término en $x^{2} y = x^{5} + x^{3} + C$ por $x^{2}$ .

$\frac{x^{2} y}{x^{2}} = \frac{x^{5}}{x^{2}} + \frac{x^{3}}{x^{2}} + \frac{C}{x^{2}}$

Paso 8.2

Simplifica el lado izquierdo.

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Paso 8.2.1

Cancela el factor común de $x^{2}$ .

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Paso 8.2.1.1

Cancela el factor común.

$\frac{x^{2} y}{x^{2}} = \frac{x^{5}}{x^{2}} + \frac{x^{3}}{x^{2}} + \frac{C}{x^{2}}$

Paso 8.2.1.2

Divide $y$ por $1$ .

$y = \frac{x^{5}}{x^{2}} + \frac{x^{3}}{x^{2}} + \frac{C}{x^{2}}$

Paso 8.3

Simplifica el lado derecho.

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Paso 8.3.1

Simplifica cada término.

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Paso 8.3.1.1

Cancela el factor común de $x^{5}$ y $x^{2}$ .

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Paso 8.3.1.1.1

Factoriza $x^{2}$ de $x^{5}$ .

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

Paso 8.3.1.1.2

Cancela los factores comunes.

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Paso 8.3.1.1.2.1

Multiplica por $1$ .

$y = \frac{x^{2} x^{3}}{x^{2} \cdot 1} + \frac{x^{3}}{x^{2}} + \frac{C}{x^{2}}$

Paso 8.3.1.1.2.2

Cancela el factor común.

$y = \frac{x^{2} x^{3}}{x^{2} \cdot 1} + \frac{x^{3}}{x^{2}} + \frac{C}{x^{2}}$

Paso 8.3.1.1.2.3

Reescribe la expresión.

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

Paso 8.3.1.1.2.4

Divide $x^{3}$ por $1$ .

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

Paso 8.3.1.2

Cancela el factor común de $x^{3}$ y $x^{2}$ .

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Paso 8.3.1.2.1

Factoriza $x^{2}$ de $x^{3}$ .

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

Paso 8.3.1.2.2

Cancela los factores comunes.

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Paso 8.3.1.2.2.1

Multiplica por $1$ .

$y = x^{3} + \frac{x^{2} x}{x^{2} \cdot 1} + \frac{C}{x^{2}}$

Paso 8.3.1.2.2.2

Cancela el factor común.

$y = x^{3} + \frac{x^{2} x}{x^{2} \cdot 1} + \frac{C}{x^{2}}$

Paso 8.3.1.2.2.3

Reescribe la expresión.

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

Paso 8.3.1.2.2.4

Divide $x$ por $1$ .

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