Cálculo Ejemplos

$x \frac{d y}{d x} - y = \frac{1}{x^{2}}$

Paso 1

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

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Paso 1.1

Divide cada término en $x \frac{d y}{d x} - y = \frac{1}{x^{2}}$ por $x$ .

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

Paso 1.2

Cancela el factor común de $x$ .

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Paso 1.2.1

Cancela el factor común.

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

Paso 1.2.2

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

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

Paso 1.3

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

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

Paso 1.4

Reordena $y$ y $\frac{- 1}{x}$ .

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

Paso 2

El factor integrador se define mediante la fórmula $e^{\int P (x) d x}$ , donde $P (x) = \frac{- 1}{x}$ .

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Paso 2.1

Establece la integración.

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

Paso 2.2

Integra $\frac{- 1}{x}$ .

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Paso 2.2.1

Divide la fracción en varias fracciones.

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

Paso 2.2.2

Dado que $- 1$ es constante con respecto a $x$ , mueve $- 1$ fuera de la integral.

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

Paso 2.2.3

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

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

Paso 2.2.4

Simplifica.

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

Paso 2.3

Elimina la constante de integración.

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

Paso 2.4

Usa la regla de la potencia del logaritmo.

$e^{\ln (x^{- 1})}$

Paso 2.5

Potencia y logaritmo son funciones inversas.

$x^{- 1}$

Paso 2.6

Reescribe la expresión mediante la regla del exponente negativo $b^{- n} = \frac{1}{b^{n}}$ .

$\frac{1}{x}$

Paso 3

Multiplica cada término por el factor integrador $\frac{1}{x}$ .

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Paso 3.1

Multiplica cada término por $\frac{1}{x}$ .

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

Paso 3.2

Simplifica cada término.

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Paso 3.2.1

Combina $\frac{1}{x}$ y $\frac{d y}{d x}$ .

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

Paso 3.2.2

Mueve el negativo al frente de la fracción.

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

Paso 3.2.3

Reescribe con la propiedad conmutativa de la multiplicación.

$\frac{\frac{d y}{d x}}{x} - \frac{1}{x} (\frac{1}{x} y) = \frac{1}{x} \cdot \frac{\frac{1}{x^{2}}}{x}$

Paso 3.2.4

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

$\frac{\frac{d y}{d x}}{x} - \frac{1}{x} \cdot \frac{y}{x} = \frac{1}{x} \cdot \frac{\frac{1}{x^{2}}}{x}$

Paso 3.2.5

Multiplica $- \frac{1}{x} \cdot \frac{y}{x}$ .

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Paso 3.2.5.1

Multiplica $\frac{y}{x}$ por $\frac{1}{x}$ .

$\frac{\frac{d y}{d x}}{x} - \frac{y}{x \cdot x} = \frac{1}{x} \cdot \frac{\frac{1}{x^{2}}}{x}$

Paso 3.2.5.2

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

$\frac{\frac{d y}{d x}}{x} - \frac{y}{x^{1} x} = \frac{1}{x} \cdot \frac{\frac{1}{x^{2}}}{x}$

Paso 3.2.5.3

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

$\frac{\frac{d y}{d x}}{x} - \frac{y}{x^{1} x^{1}} = \frac{1}{x} \cdot \frac{\frac{1}{x^{2}}}{x}$

Paso 3.2.5.4

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

$\frac{\frac{d y}{d x}}{x} - \frac{y}{x^{1 + 1}} = \frac{1}{x} \cdot \frac{\frac{1}{x^{2}}}{x}$

Paso 3.2.5.5

Suma $1$ y $1$ .

$\frac{\frac{d y}{d x}}{x} - \frac{y}{x^{2}} = \frac{1}{x} \cdot \frac{\frac{1}{x^{2}}}{x}$

Paso 3.3

Combinar.

$\frac{\frac{d y}{d x}}{x} - \frac{y}{x^{2}} = \frac{1 \frac{1}{x^{2}}}{x \cdot x}$

Paso 3.4

Multiplica $x$ por $x$ .

$\frac{\frac{d y}{d x}}{x} - \frac{y}{x^{2}} = \frac{1 \frac{1}{x^{2}}}{x^{2}}$

Paso 3.5

Multiplica $\frac{1}{x^{2}}$ por $1$ .

$\frac{\frac{d y}{d x}}{x} - \frac{y}{x^{2}} = \frac{\frac{1}{x^{2}}}{x^{2}}$

Paso 3.6

Multiplica el numerador por la recíproca del denominador.

$\frac{\frac{d y}{d x}}{x} - \frac{y}{x^{2}} = \frac{1}{x^{2}} \cdot \frac{1}{x^{2}}$

Paso 3.7

Combinar.

$\frac{\frac{d y}{d x}}{x} - \frac{y}{x^{2}} = \frac{1 \cdot 1}{x^{2} x^{2}}$

Paso 3.8

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

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Paso 3.8.1

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

$\frac{\frac{d y}{d x}}{x} - \frac{y}{x^{2}} = \frac{1 \cdot 1}{x^{2 + 2}}$

Paso 3.8.2

Suma $2$ y $2$ .

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

Paso 3.9

Multiplica $1$ por $1$ .

$\frac{\frac{d y}{d x}}{x} - \frac{y}{x^{2}} = \frac{1}{x^{4}}$

Paso 4

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

$\frac{d}{d x} [\frac{1}{x} y] = \frac{1}{x^{4}}$

Paso 5

Establece una integral en cada lado.

$\int \frac{d}{d x} [\frac{1}{x} y] d x = \int \frac{1}{x^{4}} d x$

Paso 6

Integra el lado izquierdo.

$\frac{1}{x} y = \int \frac{1}{x^{4}} d x$

Paso 7

Integra el lado derecho.

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Paso 7.1

Aplica reglas básicas de exponentes.

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Paso 7.1.1

Mueve $x^{4}$ fuera del denominador mediante su elevación a la potencia $- 1$ .

$\frac{1}{x} y = \int {(x^{4})}^{- 1} d x$

Paso 7.1.2

Multiplica los exponentes en ${(x^{4})}^{- 1}$ .

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Paso 7.1.2.1

Aplica la regla de la potencia y multiplica los exponentes, ${(a^{m})}^{n} = a^{m n}$ .

$\frac{1}{x} y = \int x^{4 \cdot - 1} d x$

Paso 7.1.2.2

Multiplica $4$ por $- 1$ .

$\frac{1}{x} y = \int x^{- 4} d x$

Paso 7.2

Según la regla de la potencia, la integral de $x^{- 4}$ con respecto a $x$ es $- \frac{1}{3} x^{- 3}$ .

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

Paso 7.3

Simplifica la respuesta.

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Paso 7.3.1

Reescribe $- \frac{1}{3} x^{- 3} + C$ como $- \frac{1}{3} \cdot \frac{1}{x^{3}} + C$ .

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

Paso 7.3.2

Simplifica.

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Paso 7.3.2.1

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

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

Paso 7.3.2.2

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

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

Paso 8

Resuelve $y$

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Paso 8.1

Mueve todos los términos que contengan las variables al lado izquierdo de la ecuación

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Paso 8.1.1

Suma $\frac{1}{3 x^{3}}$ a ambos lados de la ecuación.

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

Paso 8.1.2

Resta $C$ de ambos lados de la ecuación.

$\frac{1}{x} y + \frac{1}{3 x^{3}} - C = 0$

Paso 8.1.3

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

$\frac{y}{x} + \frac{1}{3 x^{3}} - C = 0$

Paso 8.2

Mueve todos los términos que no contengan $y$ al lado derecho de la ecuación.

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Paso 8.2.1

Resta $\frac{1}{3 x^{3}}$ de ambos lados de la ecuación.

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

Paso 8.2.2

Suma $C$ a ambos lados de la ecuación.

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

Paso 8.3

Multiplica ambos lados por $x$ .

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

Paso 8.4

Simplifica.

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Paso 8.4.1

Simplifica el lado izquierdo.

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Paso 8.4.1.1

Cancela el factor común de $x$ .

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Paso 8.4.1.1.1

Cancela el factor común.

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

Paso 8.4.1.1.2

Reescribe la expresión.

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

Paso 8.4.2

Simplifica el lado derecho.

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Paso 8.4.2.1

Simplifica $(- \frac{1}{3 x^{3}} + C) x$ .

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Paso 8.4.2.1.1

Aplica la propiedad distributiva.

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

Paso 8.4.2.1.2

Cancela el factor común de $x$ .

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Paso 8.4.2.1.2.1

Mueve el signo menos inicial en $- \frac{1}{3 x^{3}}$ al numerador.

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

Paso 8.4.2.1.2.2

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

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

Paso 8.4.2.1.2.3

Cancela el factor común.

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

Paso 8.4.2.1.2.4

Reescribe la expresión.

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

Paso 8.4.2.1.3

Simplifica la expresión.

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Paso 8.4.2.1.3.1

Mueve el negativo al frente de la fracción.

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

Paso 8.4.2.1.3.2

Reordena $- \frac{1}{3 x^{2}}$ y $C x$ .

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