Cálculo Ejemplos

$(2 y^{2} + 3 x) d x + 2 x y d y = 0$

Paso 1

Obtén $\frac{\partial M}{\partial y}$ donde $M (x, y) = 2 y^{2} + 3 x$ .

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Paso 1.1

Diferencia $M$ con respecto a $y$ .

$\frac{\partial M}{\partial y} = \frac{d}{d y} [2 y^{2} + 3 x]$

Paso 1.2

Según la regla de la suma, la derivada de $2 y^{2} + 3 x$ con respecto a $y$ es $\frac{d}{d y} [2 y^{2}] + \frac{d}{d y} [3 x]$ .

$\frac{\partial M}{\partial y} = \frac{d}{d y} [2 y^{2}] + \frac{d}{d y} [3 x]$

Paso 1.3

Evalúa $\frac{d}{d y} [2 y^{2}]$ .

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Paso 1.3.1

Como $2$ es constante con respecto a $y$ , la derivada de $2 y^{2}$ con respecto a $y$ es $2 \frac{d}{d y} [y^{2}]$ .

$\frac{\partial M}{\partial y} = 2 \frac{d}{d y} [y^{2}] + \frac{d}{d y} [3 x]$

Paso 1.3.2

Diferencia con la regla de la potencia, que establece que $\frac{d}{d y} [y^{n}]$ es $n y^{n - 1}$ donde $n = 2$ .

$\frac{\partial M}{\partial y} = 2 (2 y) + \frac{d}{d y} [3 x]$

Paso 1.3.3

Multiplica $2$ por $2$ .

$\frac{\partial M}{\partial y} = 4 y + \frac{d}{d y} [3 x]$

Paso 1.4

Diferencia con la regla de la constante.

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Paso 1.4.1

Como $3 x$ es constante con respecto a $y$ , la derivada de $3 x$ con respecto a $y$ es $0$ .

$\frac{\partial M}{\partial y} = 4 y + 0$

Paso 1.4.2

Suma $4 y$ y $0$ .

$\frac{\partial M}{\partial y} = 4 y$

Paso 2

Obtén $\frac{\partial N}{\partial x}$ donde $N (x, y) = 2 x y$ .

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Paso 2.1

Diferencia $N$ con respecto a $x$ .

$\frac{\partial N}{\partial x} = \frac{d}{d x} [2 x y]$

Paso 2.2

Como $2 y$ es constante con respecto a $x$ , la derivada de $2 x y$ con respecto a $x$ es $2 y \frac{d}{d x} [x]$ .

$\frac{\partial N}{\partial x} = 2 y \frac{d}{d x} [x]$

Paso 2.3

Diferencia con la regla de la potencia, que establece que $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ es $n x^{n - 1}$ donde $n = 1$ .

$\frac{\partial N}{\partial x} = 2 y \cdot 1$

Paso 2.4

Multiplica $2$ por $1$ .

$\frac{\partial N}{\partial x} = 2 y$

Paso 3

Comprueba que $\frac{\partial M}{\partial y} = \frac{\partial N}{\partial x}$ .

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Paso 3.1

Sustituye $4 y$ por $\frac{\partial M}{\partial y}$ y $2 y$ para $\frac{\partial N}{\partial x}$ .

$4 y = 2 y$

Paso 3.2

Como el lado izquierdo no es igual al lado derecho, la ecuación no es una identidad.

$4 y = 2 y$ no es una identidad.

Paso 4

Obtén el factor integrador $μ (x, y) = e^{\int \frac{\frac{\partial M}{\partial y} - \frac{\partial N}{\partial x}}{N} d x}$ .

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Paso 4.1

Sustituye $4 y$ por $\frac{\partial M}{\partial y}$ .

$\frac{4 y - \frac{\partial N}{\partial x}}{N}$

Paso 4.2

Sustituye $2 y$ por $\frac{\partial N}{\partial x}$ .

$\frac{4 y - (2 y)}{N}$

Paso 4.3

Sustituye $2 x y$ por $N$ .

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Paso 4.3.1

Sustituye $2 x y$ por $N$ .

$\frac{4 y - (2 y)}{2 x y}$

Paso 4.3.2

Simplifica el numerador.

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Paso 4.3.2.1

Factoriza $y$ de $4 y - 1 \cdot 2 y$ .

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Paso 4.3.2.1.1

Factoriza $y$ de $4 y$ .

$\frac{y \cdot 4 - 1 \cdot 2 y}{2 x y}$

Paso 4.3.2.1.2

Factoriza $y$ de $- 1 \cdot 2 y$ .

$\frac{y \cdot 4 + y (- 1 \cdot 2)}{2 x y}$

Paso 4.3.2.1.3

Factoriza $y$ de $y \cdot 4 + y (- 1 \cdot 2)$ .

$\frac{y (4 - 1 \cdot 2)}{2 x y}$

Paso 4.3.2.2

Multiplica $- 1$ por $2$ .

$\frac{y (4 - 2)}{2 x y}$

Paso 4.3.2.3

Resta $2$ de $4$ .

$\frac{y \cdot 2}{2 x y}$

Paso 4.3.3

Cancela el factor común de $y$ .

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Paso 4.3.3.1

Cancela el factor común.

$\frac{y \cdot 2}{2 x y}$

Paso 4.3.3.2

Reescribe la expresión.

$\frac{2}{2 x}$

Paso 4.3.4

Cancela el factor común de $2$ .

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Paso 4.3.4.1

Cancela el factor común.

$\frac{2}{2 x}$

Paso 4.3.4.2

Reescribe la expresión.

$\frac{1}{x}$

Paso 4.4

Obtén el factor integrador $μ (x, y) = e^{\int \frac{\frac{\partial M}{\partial y} - \frac{\partial N}{\partial x}}{N} d x}$ .

$μ (x, y) = e^{\int \frac{1}{x} d x}$

Paso 5

Evalúa la integral $e^{\int \frac{1}{x} d x}$ .

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Paso 5.1

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

$μ (x, y) = e^{\ln (| x |) + C}$

Paso 5.2

Simplifica la respuesta.

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Paso 5.2.1

Simplifica.

$μ (x, y) = e^{\ln (| x |)} + C$

Paso 5.2.2

Potencia y logaritmo son funciones inversas.

$μ (x, y) = | x | + C$

Paso 6

Multiplica ambos lados de $(2 y^{2} + 3 x) d x + 2 x y d y = 0$ por el factor integrador $x$ .

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Paso 6.1

Multiplica $2 y^{2} + 3 x$ por $x$ .

$(2 y^{2} + 3 x) x d x + 2 x y d y = 0$

Paso 6.2

Aplica la propiedad distributiva.

$(2 y^{2} x + 3 x \cdot x) d x + 2 x y d y = 0$

Paso 6.3

Multiplica $x$ por $x$ sumando los exponentes.

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Paso 6.3.1

Mueve $x$ .

$(2 y^{2} x + 3 (x \cdot x)) d x + 2 x y d y = 0$

Paso 6.3.2

Multiplica $x$ por $x$ .

$(2 y^{2} x + 3 x^{2}) d x + 2 x y d y = 0$

Paso 6.4

Multiplica $2 x y$ por $x$ .

$(2 y^{2} x + 3 x^{2}) d x + 2 x y x d y = 0$

Paso 6.5

Multiplica $x$ por $x$ sumando los exponentes.

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Paso 6.5.1

Mueve $x$ .

$(2 y^{2} x + 3 x^{2}) d x + 2 (x \cdot x) y d y = 0$

Paso 6.5.2

Multiplica $x$ por $x$ .

$(2 y^{2} x + 3 x^{2}) d x + 2 x^{2} y d y = 0$

Paso 7

Establece $f (x, y)$ igual a la integral de $N (x, y)$ .

$f (x, y) = \int 2 x^{2} y d y$

Paso 8

Integra $N (x, y) = 2 x^{2} y$ para obtener $f (x, y)$ .

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Paso 8.1

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

$f (x, y) = 2 x^{2} \int y d y$

Paso 8.2

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

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

Paso 8.3

Simplifica la respuesta.

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Paso 8.3.1

Reescribe $2 x^{2} (\frac{1}{2} y^{2} + C)$ como $2 x^{2} \frac{1}{2} y^{2} + C$ .

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

Paso 8.3.2

Simplifica.

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Paso 8.3.2.1

Combina $2$ y $\frac{1}{2}$ .

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

Paso 8.3.2.2

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

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

Paso 8.3.2.3

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

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

Paso 8.3.2.4

Multiplica $2$ por $x^{2}$ .

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

Paso 8.3.2.5

Cancela el factor común de $2$ .

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Paso 8.3.2.5.1

Cancela el factor común.

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

Paso 8.3.2.5.2

Divide $x^{2}$ por $1$ .

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

Paso 9

Como la integral de $g (x)$ , contendrá una constante de integración, podemos reemplazar $C$ con $g (x)$ .

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

Paso 10

Establece $\frac{\partial f}{\partial x} = M (x, y)$ .

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

Paso 11

Obtén $\frac{\partial f}{\partial x}$ .

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Paso 11.1

Diferencia $f$ con respecto a $x$ .

$\frac{d}{d x} [x^{2} y^{2} + g (x)] = 2 y^{2} x + 3 x^{2}$

Paso 11.2

Según la regla de la suma, la derivada de $x^{2} y^{2} + g (x)$ con respecto a $x$ es $\frac{d}{d x} [x^{2} y^{2}] + \frac{d}{d x} [g (x)]$ .

$\frac{d}{d x} [x^{2} y^{2}] + \frac{d}{d x} [g (x)] = 2 y^{2} x + 3 x^{2}$

Paso 11.3

Evalúa $\frac{d}{d x} [x^{2} y^{2}]$ .

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Paso 11.3.1

Como $y^{2}$ es constante con respecto a $x$ , la derivada de $x^{2} y^{2}$ con respecto a $x$ es $y^{2} \frac{d}{d x} [x^{2}]$ .

$y^{2} \frac{d}{d x} [x^{2}] + \frac{d}{d x} [g (x)] = 2 y^{2} x + 3 x^{2}$

Paso 11.3.2

Diferencia con la regla de la potencia, que establece que $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ es $n x^{n - 1}$ donde $n = 2$ .

$y^{2} (2 x) + \frac{d}{d x} [g (x)] = 2 y^{2} x + 3 x^{2}$

Paso 11.3.3

Mueve $2$ a la izquierda de $y^{2}$ .

$2 y^{2} x + \frac{d}{d x} [g (x)] = 2 y^{2} x + 3 x^{2}$

Paso 11.4

Diferencia con la regla de la función que establece que la derivada de $g (x)$ es $\frac{d g}{d x}$ .

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

Paso 11.5

Reordena los términos.

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

Paso 12

Resuelve $\frac{d g}{d x}$

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Paso 12.1

Mueve todos los términos que no contengan $\frac{d g}{d x}$ al lado derecho de la ecuación.

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Paso 12.1.1

Resta $2 y^{2} x$ de ambos lados de la ecuación.

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

Paso 12.1.2

Combina los términos opuestos en $2 y^{2} x + 3 x^{2} - 2 y^{2} x$ .

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Paso 12.1.2.1

Resta $2 y^{2} x$ de $2 y^{2} x$ .

$\frac{d g}{d x} = 3 x^{2} + 0$

Paso 12.1.2.2

Suma $3 x^{2}$ y $0$ .

$\frac{d g}{d x} = 3 x^{2}$

Paso 13

Obtén la antiderivada de $3 x^{2}$ y obtén $g (x)$ .

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Paso 13.1

Integra ambos lados de $\frac{d g}{d x} = 3 x^{2}$ .

$\int \frac{d g}{d x} d x = \int 3 x^{2} d x$

Paso 13.2

Evalúa $\int \frac{d g}{d x} d x$ .

$g (x) = \int 3 x^{2} d x$

Paso 13.3

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

$g (x) = 3 \int x^{2} d x$

Paso 13.4

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

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

Paso 13.5

Simplifica la respuesta.

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Paso 13.5.1

Reescribe $3 (\frac{1}{3} x^{3} + C)$ como $3 (\frac{1}{3}) x^{3} + C$ .

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

Paso 13.5.2

Simplifica.

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Paso 13.5.2.1

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

$g (x) = \frac{3}{3} x^{3} + C$

Paso 13.5.2.2

Cancela el factor común de $3$ .

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Paso 13.5.2.2.1

Cancela el factor común.

$g (x) = \frac{3}{3} x^{3} + C$

Paso 13.5.2.2.2

Reescribe la expresión.

$g (x) = 1 x^{3} + C$

Paso 13.5.2.3

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

$g (x) = x^{3} + C$

Paso 14

Sustituye por $g (x)$ en $f (x, y) = x^{2} y^{2} + g (x)$ .

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