Calcul infinitésimal Exemples

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

Étape 1

Réécrivez l’équation différentielle pour respecter la technique de l’équation différentielle exacte.

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Étape 1.1

Soustrayez $(y - x) d x$ des deux côtés de l’équation.

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

Étape 1.2

Réécrivez.

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

Étape 2

Déterminez $\frac{\partial M}{\partial y}$ où $M (x, y) = - (y - x)$ .

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Étape 2.1

Différenciez $M$ par rapport à $y$ .

$\frac{\partial M}{\partial y} = \frac{d}{d y} [- (y - x)]$

Étape 2.2

Comme $- 1$ est constant par rapport à $y$ , la dérivée de $- (y - x)$ par rapport à $y$ est $- \frac{d}{d y} [y - x]$ .

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

Étape 2.3

Selon la règle de la somme, la dérivée de $y - x$ par rapport à $y$ est $\frac{d}{d y} [y] + \frac{d}{d y} [- x]$ .

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

Étape 2.4

Différenciez en utilisant la règle de puissance qui indique que $\frac{d}{d y} [y^{n}]$ est $n y^{n - 1}$ où $n = 1$ .

$\frac{\partial M}{\partial y} = - (1 + \frac{d}{d y} [- x])$

Étape 2.5

Comme $- x$ est constant par rapport à $y$ , la dérivée de $- x$ par rapport à $y$ est $0$ .

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

Étape 2.6

Simplifiez l’expression.

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Étape 2.6.1

Additionnez $1$ et $0$ .

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

Étape 2.6.2

Multipliez $- 1$ par $1$ .

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

Étape 3

Déterminez $\frac{\partial N}{\partial x}$ où $N (x, y) = x$ .

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Étape 3.1

Différenciez $N$ par rapport à $x$ .

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

Étape 3.2

Différenciez en utilisant la règle de puissance qui indique que $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ est $n x^{n - 1}$ où $n = 1$ .

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

Étape 4

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

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Étape 4.1

Remplacez $\frac{\partial M}{\partial y}$ par $- 1$ et $\frac{\partial N}{\partial x}$ par $1$ .

$- 1 = 1$

Étape 4.2

Comme le côté gauche n’est pas égal au côté droit, l’équation n’est pas une identité.

$- 1 = 1$ n’est pas une identité.

Étape 5

Déterminez le facteur d’intégration $μ (x, y) = e^{\int \frac{\frac{\partial M}{\partial y} - \frac{\partial N}{\partial x}}{N} d x}$ .

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Étape 5.1

Remplacez $\frac{\partial M}{\partial y}$ par $- 1$ .

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

Étape 5.2

Remplacez $\frac{\partial N}{\partial x}$ par $1$ .

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

Étape 5.3

Remplacez $N$ par $x$ .

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Étape 5.3.1

Remplacez $N$ par $x$ .

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

Étape 5.3.2

Soustrayez $1$ de $- 1$ .

$\frac{- 2}{x}$

Étape 5.3.3

Placez le signe moins devant la fraction.

$- \frac{2}{x}$

Étape 5.4

Déterminez le facteur d’intégration $μ (x, y) = e^{\int \frac{\frac{\partial M}{\partial y} - \frac{\partial N}{\partial x}}{N} d x}$ .

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

Étape 6

Évaluez l’intégrale $e^{\int - \frac{2}{x} d x}$ .

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Étape 6.1

Comme $- 1$ est constant par rapport à $x$ , placez $- 1$ en dehors de l’intégrale.

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

Étape 6.2

Comme $2$ est constant par rapport à $x$ , placez $2$ en dehors de l’intégrale.

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

Étape 6.3

Multipliez $2$ par $- 1$ .

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

Étape 6.4

L’intégrale de $\frac{1}{x}$ par rapport à $x$ est $\ln (| x |)$ .

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

Étape 6.5

Simplifiez

$μ (x, y) = e^{- 2 \ln (| x |)} + C$

Étape 6.6

Simplifiez chaque terme.

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Étape 6.6.1

Simplifiez $- 2 \ln (| x |)$ en déplaçant $- 2$ dans le logarithme.

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

Étape 6.6.2

L’élévation à une puissance et log sont des fonctions inverses.

$μ (x, y) = {| x |}^{- 2} + C$

Étape 6.6.3

Retirez la valeur absolue dans ${| x |}^{- 2}$ car les élévations à des puissances paires sont toujours positives.

$μ (x, y) = x^{- 2} + C$

Étape 6.6.4

Réécrivez l’expression en utilisant la règle de l’exposant négatif $b^{- n} = \frac{1}{b^{n}}$ .

$μ (x, y) = \frac{1}{x^{2}} + C$

Étape 7

Multipliez les deux côtés de $- (y - x) d x + x d y = 0$ par le facteur d’intégration $\frac{1}{x^{2}}$ .

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Étape 7.1

Multipliez $- (y - x)$ par $\frac{1}{x^{2}}$ .

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

Étape 7.2

Appliquez la propriété distributive.

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

Étape 7.3

Multipliez $- - x$ .

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Étape 7.3.1

Multipliez $- 1$ par $- 1$ .

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

Étape 7.3.2

Multipliez $x$ par $1$ .

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

Étape 7.4

Multipliez $- y + x$ par $\frac{1}{x^{2}}$ .

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

Étape 7.5

Factorisez $- 1$ à partir de $- y$ .

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

Étape 7.6

Factorisez $- 1$ à partir de $x$ .

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

Étape 7.7

Factorisez $- 1$ à partir de $- (y) - 1 (- x)$ .

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

Étape 7.8

Réécrivez $- (y - x)$ comme $- 1 (y - x)$ .

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

Étape 7.9

Placez le signe moins devant la fraction.

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

Étape 7.10

Multipliez $x$ par $\frac{1}{x^{2}}$ .

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

Étape 7.11

Annulez le facteur commun de $x$ .

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Étape 7.11.1

Factorisez $x$ à partir de $x^{2}$ .

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

Étape 7.11.2

Annulez le facteur commun.

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

Étape 7.11.3

Réécrivez l’expression.

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

Étape 8

Définissez $f (x, y)$ égal à l’intégrale de $N (x, y)$ .

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

Étape 9

Intégrez $N (x, y) = \frac{1}{x}$ pour déterminer $f (x, y)$ .

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Étape 9.1

Appliquez la règle de la constante.

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

Étape 9.2

Associez $\frac{1}{x}$ et $y$ .

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

Étape 10

Comme l’intégrale de $g (x)$ contient une constante d’intégration, nous pouvons remplacer $C$ par $g (x)$ .

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

Étape 11

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

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

Étape 12

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

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Étape 12.1

Différenciez $f$ par rapport à $x$ .

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

Étape 12.2

Selon la règle de la somme, la dérivée de $\frac{y}{x} + g (x)$ par rapport à $x$ est $\frac{d}{d x} [\frac{y}{x}] + \frac{d}{d x} [g (x)]$ .

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

Étape 12.3

Évaluez $\frac{d}{d x} [\frac{y}{x}]$ .

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Étape 12.3.1

Comme $y$ est constant par rapport à $x$ , la dérivée de $\frac{y}{x}$ par rapport à $x$ est $y \frac{d}{d x} [\frac{1}{x}]$ .

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

Étape 12.3.2

Réécrivez $\frac{1}{x}$ comme $x^{- 1}$ .

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

Étape 12.3.3

Différenciez en utilisant la règle de puissance qui indique que $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ est $n x^{n - 1}$ où $n = - 1$ .

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

Étape 12.4

Différenciez à l’aide de la règle de fonction qui indique que la dérivée de $g (x)$ est $\frac{d g}{d x}$ .

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

Étape 12.5

Simplifiez

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Étape 12.5.1

Réécrivez l’expression en utilisant la règle de l’exposant négatif $b^{- n} = \frac{1}{b^{n}}$ .

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

Étape 12.5.2

Associez $y$ et $\frac{1}{x^{2}}$ .

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

Étape 12.5.3

Remettez les termes dans l’ordre.

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

Étape 13

Résolvez $\frac{d g}{d x}$ .

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Étape 13.1

Résolvez $\frac{d g}{d x}$ .

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Étape 13.1.1

Déplacez tous les termes contenant des variables du côté gauche de l’équation.

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Étape 13.1.1.1

Ajoutez $\frac{y - x}{x^{2}}$ aux deux côtés de l’équation.

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

Étape 13.1.1.2

Associez les numérateurs sur le dénominateur commun.

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

Étape 13.1.1.3

Additionnez $- y$ et $y$ .

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

Étape 13.1.1.4

Soustrayez $x$ de $0$ .

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

Étape 13.1.1.5

Simplifiez chaque terme.

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Étape 13.1.1.5.1

Annulez le facteur commun à $x$ et $x^{2}$ .

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Étape 13.1.1.5.1.1

Factorisez $x$ à partir de $- x$ .

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

Étape 13.1.1.5.1.2

Annulez les facteurs communs.

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Étape 13.1.1.5.1.2.1

Factorisez $x$ à partir de $x^{2}$ .

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

Étape 13.1.1.5.1.2.2

Annulez le facteur commun.

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

Étape 13.1.1.5.1.2.3

Réécrivez l’expression.

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

Étape 13.1.1.5.2

Placez le signe moins devant la fraction.

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

Étape 13.1.2

Ajoutez $\frac{1}{x}$ aux deux côtés de l’équation.

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

Étape 14

Déterminez la primitive de $\frac{1}{x}$ afin de déterminer $g (x)$ .

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Étape 14.1

Intégrez les deux côtés de $\frac{d g}{d x} = \frac{1}{x}$ .

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

Étape 14.2

Évaluez $\int \frac{d g}{d x} d x$ .

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

Étape 14.3

L’intégrale de $\frac{1}{x}$ par rapport à $x$ est $\ln (| x |)$ .

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

Étape 15

Remplacez par $g (x)$ dans $f (x, y) = \frac{y}{x} + g (x)$ .

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