Cálculo Ejemplos

$(x + y) d x = x d y$

Paso 1

Reescribe la ecuación diferencial para que se ajuste a la técnica de ecuación diferencial exacta.

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Paso 1.1

Resta $x d y$ de ambos lados de la ecuación.

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

Paso 2

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

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Paso 2.1

Diferencia $M$ con respecto a $y$ .

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

Paso 2.2

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

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

Paso 2.3

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

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

Paso 2.4

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

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

Paso 2.5

Suma $0$ y $1$ .

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

Paso 3

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

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Paso 3.1

Diferencia $N$ con respecto a $x$ .

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

Paso 3.2

Como $- 1$ es constante con respecto a $x$ , la derivada de $- x$ con respecto a $x$ es $- \frac{d}{d x} [x]$ .

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

Paso 3.3

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

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

Paso 3.4

Multiplica $- 1$ por $1$ .

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

Paso 4

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

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Paso 4.1

Sustituye $1$ por $\frac{\partial M}{\partial y}$ y $- 1$ para $\frac{\partial N}{\partial x}$ .

$1 = - 1$

Paso 4.2

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

$1 = - 1$ no es una identidad.

Paso 5

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 5.1

Sustituye $1$ por $\frac{\partial M}{\partial y}$ .

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

Paso 5.2

Sustituye $- 1$ por $\frac{\partial N}{\partial x}$ .

$\frac{1 + 1}{N}$

Paso 5.3

Sustituye $- x$ por $N$ .

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Paso 5.3.1

Sustituye $- x$ por $N$ .

$\frac{1 + 1}{- x}$

Paso 5.3.2

Suma $1$ y $1$ .

$\frac{2}{- x}$

Paso 5.3.3

Mueve el negativo al frente de la fracción.

$- \frac{2}{x}$

Paso 5.4

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

$μ (x, y) = e^{\int - \frac{2}{x} d x}$

Paso 6

Evalúa la integral $e^{\int - \frac{2}{x} d x}$ .

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Paso 6.1

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

$μ (x, y) = e^{- \int \frac{2}{x} d x}$

Paso 6.2

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

$μ (x, y) = e^{- (2 \int \frac{1}{x} d x)}$

Paso 6.3

Multiplica $2$ por $- 1$ .

$μ (x, y) = e^{- 2 \int \frac{1}{x} d x}$

Paso 6.4

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

$μ (x, y) = e^{- 2 (\ln (| x |) + C)}$

Paso 6.5

Simplifica.

$μ (x, y) = e^{- 2 \ln (| x |)} + C$

Paso 6.6

Simplifica cada término.

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Paso 6.6.1

Simplifica $- 2 \ln (| x |)$ al mover $- 2$ dentro del algoritmo.

$μ (x, y) = e^{\ln ({| x |}^{- 2})} + C$

Paso 6.6.2

Potencia y logaritmo son funciones inversas.

$μ (x, y) = {| x |}^{- 2} + C$

Paso 6.6.3

Elimina el valor absoluto en ${| x |}^{- 2}$ porque las potenciaciones con potencias pares siempre son positivas.

$μ (x, y) = x^{- 2} + C$

Paso 6.6.4

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

$μ (x, y) = \frac{1}{x^{2}} + C$

Paso 7

Multiplica ambos lados de $(x + y) d x - x d y = 0$ por el factor integrador $\frac{1}{x^{2}}$ .

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Paso 7.1

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

$(x + y) \frac{1}{x^{2}} d x - x d y = 0$

Paso 7.2

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

$\frac{x + y}{x^{2}} d x - x d y = 0$

Paso 7.3

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

$\frac{x + y}{x^{2}} d x - x \frac{1}{x^{2}} d y = 0$

Paso 7.4

Cancela el factor común de $x$ .

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Paso 7.4.1

Factoriza $x$ de $- x$ .

$\frac{x + y}{x^{2}} d x + x \cdot - 1 \frac{1}{x^{2}} d y = 0$

Paso 7.4.2

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

$\frac{x + y}{x^{2}} d x + x \cdot - 1 \frac{1}{x \cdot x} d y = 0$

Paso 7.4.3

Cancela el factor común.

$\frac{x + y}{x^{2}} d x + x \cdot - 1 \frac{1}{x \cdot x} d y = 0$

Paso 7.4.4

Reescribe la expresión.

$\frac{x + y}{x^{2}} d x - \frac{1}{x} d y = 0$

Paso 8

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

$f (x, y) = \int - \frac{1}{x} d y$

Paso 9

Integra $N (x, y) = - \frac{1}{x}$ para obtener $f (x, y)$ .

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Paso 9.1

Aplica la regla de la constante.

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

Paso 9.2

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

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

Paso 10

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

$f (x, y) = - \frac{y}{x} + g (x)$

Paso 11

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

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

Paso 12

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

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Paso 12.1

Diferencia $f$ con respecto a $x$ .

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

Paso 12.2

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

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

Paso 12.3

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

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Paso 12.3.1

Como $- y$ es constante con respecto a $x$ , la derivada de $- \frac{y}{x}$ con respecto a $x$ es $- y \frac{d}{d x} [\frac{1}{x}]$ .

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

Paso 12.3.2

Reescribe $\frac{1}{x}$ como $x^{- 1}$ .

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

Paso 12.3.3

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

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

Paso 12.3.4

Multiplica $- 1$ por $- 1$ .

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

Paso 12.3.5

Multiplica $y$ por $1$ .

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

Paso 12.4

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

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

Paso 12.5

Simplifica.

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Paso 12.5.1

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

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

Paso 12.5.2

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

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

Paso 12.5.3

Reordena los términos.

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

Paso 13

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

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Paso 13.1

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

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Paso 13.1.1

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

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Paso 13.1.1.1

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

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

Paso 13.1.1.2

Combina los numeradores sobre el denominador común.

$\frac{d g}{d x} + \frac{y - (x + y)}{x^{2}} = 0$

Paso 13.1.1.3

Aplica la propiedad distributiva.

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

Paso 13.1.1.4

Combina los términos opuestos en $y - x - y$ .

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Paso 13.1.1.4.1

Resta $y$ de $y$ .

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

Paso 13.1.1.4.2

Suma $- x$ y $0$ .

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

Paso 13.1.1.5

Simplifica cada término.

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Paso 13.1.1.5.1

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

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Paso 13.1.1.5.1.1

Factoriza $x$ de $- x$ .

$\frac{d g}{d x} + \frac{x \cdot - 1}{x^{2}} = 0$

Paso 13.1.1.5.1.2

Cancela los factores comunes.

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Paso 13.1.1.5.1.2.1

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

$\frac{d g}{d x} + \frac{x \cdot - 1}{x \cdot x} = 0$

Paso 13.1.1.5.1.2.2

Cancela el factor común.

$\frac{d g}{d x} + \frac{x \cdot - 1}{x \cdot x} = 0$

Paso 13.1.1.5.1.2.3

Reescribe la expresión.

$\frac{d g}{d x} + \frac{- 1}{x} = 0$

Paso 13.1.1.5.2

Mueve el negativo al frente de la fracción.

$\frac{d g}{d x} - \frac{1}{x} = 0$

Paso 13.1.2

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

$\frac{d g}{d x} = \frac{1}{x}$

Paso 14

Obtén la antiderivada de $\frac{1}{x}$ y obtén $g (x)$ .

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Paso 14.1

Integra ambos lados de $\frac{d g}{d x} = \frac{1}{x}$ .

$\int \frac{d g}{d x} d x = \int \frac{1}{x} d x$

Paso 14.2

Evalúa $\int \frac{d g}{d x} d x$ .

$g (x) = \int \frac{1}{x} d x$

Paso 14.3

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

$g (x) = \ln (| x |) + C$

Paso 15

Sustituye por $g (x)$ en $f (x, y) = - \frac{y}{x} + g (x)$ .

$f (x, y) = - \frac{y}{x} + \ln (| x |) + C$