Calcul infinitésimal Exemples

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

Étape 1

Réécrivez l’équation différentielle en fonction de $\frac{y}{x}$ .

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Étape 1.1

Séparez $\frac{x^{2} + 2 y^{2}}{x y}$ et simplifiez.

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Étape 1.1.1

Divisez la fraction $\frac{x^{2} + 2 y^{2}}{x y}$ en deux fractions.

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

Étape 1.1.2

Simplifiez chaque terme.

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Étape 1.1.2.1

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

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Étape 1.1.2.1.1

Factorisez $x$ à partir de $x^{2}$ .

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

Étape 1.1.2.1.2

Annulez les facteurs communs.

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Étape 1.1.2.1.2.1

Factorisez $x$ à partir de $x y$ .

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

Étape 1.1.2.1.2.2

Annulez le facteur commun.

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

Étape 1.1.2.1.2.3

Réécrivez l’expression.

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

Étape 1.1.2.2

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

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Étape 1.1.2.2.1

Factorisez $y$ à partir de $2 y^{2}$ .

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

Étape 1.1.2.2.2

Annulez les facteurs communs.

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Étape 1.1.2.2.2.1

Factorisez $y$ à partir de $x y$ .

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

Étape 1.1.2.2.2.2

Annulez le facteur commun.

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

Étape 1.1.2.2.2.3

Réécrivez l’expression.

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

Étape 1.2

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

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

Étape 1.3

Factorisez $\frac{y}{x}$ dans $\frac{2 y}{x}$ .

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Étape 1.3.1

Factorisez $\frac{y}{x}$ à partir de $\frac{2 y}{x}$ .

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

Étape 1.3.2

Remettez dans l’ordre $\frac{y}{x}$ et $2$ .

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

Étape 2

Laissez $V = \frac{y}{x}$ . Remplacez $\frac{y}{x}$ par $V$ .

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

Étape 3

Résolvez $V = \frac{y}{x}$ pour $y$ .

$y = V x$

Étape 4

Utilisez la règle de produit pour déterminer la dérivée de $y = V x$ par rapport à $x$ .

$\frac{d y}{d x} = x \frac{d V}{d x} + V$

Étape 5

Remplacez $\frac{d y}{d x}$ par $x \frac{d V}{d x} + V$ .

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

Étape 6

Résolvez l’équation différentielle remplacée.

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Étape 6.1

Séparez les variables.

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Étape 6.1.1

Résolvez $\frac{d V}{d x}$ .

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Étape 6.1.1.1

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

$x \frac{d V}{d x} + V = \frac{1}{V} + 2 V$

Étape 6.1.1.2

Déplacez tous les termes ne contenant pas $\frac{d V}{d x}$ du côté droit de l’équation.

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Étape 6.1.1.2.1

Soustrayez $V$ des deux côtés de l’équation.

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

Étape 6.1.1.2.2

Soustrayez $V$ de $2 V$ .

$x \frac{d V}{d x} = \frac{1}{V} + V$

Étape 6.1.1.3

Divisez chaque terme dans $x \frac{d V}{d x} = \frac{1}{V} + V$ par $x$ et simplifiez.

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Étape 6.1.1.3.1

Divisez chaque terme dans $x \frac{d V}{d x} = \frac{1}{V} + V$ par $x$ .

$\frac{x \frac{d V}{d x}}{x} = \frac{\frac{1}{V}}{x} + \frac{V}{x}$

Étape 6.1.1.3.2

Simplifiez le côté gauche.

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Étape 6.1.1.3.2.1

Annulez le facteur commun de $x$ .

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Étape 6.1.1.3.2.1.1

Annulez le facteur commun.

$\frac{x \frac{d V}{d x}}{x} = \frac{\frac{1}{V}}{x} + \frac{V}{x}$

Étape 6.1.1.3.2.1.2

Divisez $\frac{d V}{d x}$ par $1$ .

$\frac{d V}{d x} = \frac{\frac{1}{V}}{x} + \frac{V}{x}$

Étape 6.1.1.3.3

Simplifiez le côté droit.

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Étape 6.1.1.3.3.1

Simplifiez chaque terme.

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Étape 6.1.1.3.3.1.1

Multipliez le numérateur par la réciproque du dénominateur.

$\frac{d V}{d x} = \frac{1}{V} \cdot \frac{1}{x} + \frac{V}{x}$

Étape 6.1.1.3.3.1.2

Multipliez $\frac{1}{V}$ par $\frac{1}{x}$ .

$\frac{d V}{d x} = \frac{1}{V x} + \frac{V}{x}$

Étape 6.1.2

Factorisez.

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Étape 6.1.2.1

Pour écrire $\frac{V}{x}$ comme une fraction avec un dénominateur commun, multipliez par $\frac{V}{V}$ .

$\frac{d V}{d x} = \frac{1}{V x} + \frac{V}{x} \cdot \frac{V}{V}$

Étape 6.1.2.2

Écrivez chaque expression avec un dénominateur commun $V x$ , en multipliant chacun par un facteur approprié de $1$ .

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Étape 6.1.2.2.1

Multipliez $\frac{V}{x}$ par $\frac{V}{V}$ .

$\frac{d V}{d x} = \frac{1}{V x} + \frac{V \cdot V}{x V}$

Étape 6.1.2.2.2

Réorganisez les facteurs de $x V$ .

$\frac{d V}{d x} = \frac{1}{V x} + \frac{V \cdot V}{V x}$

Étape 6.1.2.3

Associez les numérateurs sur le dénominateur commun.

$\frac{d V}{d x} = \frac{1 + V \cdot V}{V x}$

Étape 6.1.2.4

Multipliez $V$ par $V$ .

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

Étape 6.1.3

Regroupez des facteurs.

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

Étape 6.1.4

Multipliez les deux côtés par $\frac{V}{1 + V^{2}}$ .

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

Étape 6.1.5

Simplifiez

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Étape 6.1.5.1

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

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

Étape 6.1.5.2

Annulez le facteur commun de $V$ .

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Étape 6.1.5.2.1

Factorisez $V$ à partir de $V x$ .

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

Étape 6.1.5.2.2

Annulez le facteur commun.

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

Étape 6.1.5.2.3

Réécrivez l’expression.

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

Étape 6.1.5.3

Annulez le facteur commun de $1 + V^{2}$ .

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Étape 6.1.5.3.1

Annulez le facteur commun.

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

Étape 6.1.5.3.2

Réécrivez l’expression.

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

Étape 6.1.6

Réécrivez l’équation.

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

Étape 6.2

Intégrez les deux côtés.

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Étape 6.2.1

Définissez une intégrale de chaque côté.

$\int \frac{V}{1 + V^{2}} d V = \int \frac{1}{x} d x$

Étape 6.2.2

Intégrez le côté gauche.

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Étape 6.2.2.1

Laissez $u = 1 + V^{2}$ . Alors $d u = 2 V d V$ , donc $\frac{1}{2} d u = V d V$ . Réécrivez avec $u$ et $d$ $u$ .

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Étape 6.2.2.1.1

Laissez $u = 1 + V^{2}$ . Déterminez $\frac{d u}{d V}$ .

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Étape 6.2.2.1.1.1

Différenciez $1 + V^{2}$ .

$\frac{d}{d V} [1 + V^{2}]$

Étape 6.2.2.1.1.2

Selon la règle de la somme, la dérivée de $1 + V^{2}$ par rapport à $V$ est $\frac{d}{d V} [1] + \frac{d}{d V} [V^{2}]$ .

$\frac{d}{d V} [1] + \frac{d}{d V} [V^{2}]$

Étape 6.2.2.1.1.3

Comme $1$ est constant par rapport à $V$ , la dérivée de $1$ par rapport à $V$ est $0$ .

$0 + \frac{d}{d V} [V^{2}]$

Étape 6.2.2.1.1.4

Différenciez en utilisant la règle de puissance qui indique que $\frac{d}{d V} [V^{n}]$ est $n V^{n - 1}$ où $n = 2$ .

$0 + 2 V$

Étape 6.2.2.1.1.5

Additionnez $0$ et $2 V$ .

$2 V$

Étape 6.2.2.1.2

Réécrivez le problème en utilisant $u$ et $d u$ .

$\int \frac{1}{u} \cdot \frac{1}{2} d u = \int \frac{1}{x} d x$

Étape 6.2.2.2

Simplifiez

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Étape 6.2.2.2.1

Multipliez $\frac{1}{u}$ par $\frac{1}{2}$ .

$\int \frac{1}{u \cdot 2} d u = \int \frac{1}{x} d x$

Étape 6.2.2.2.2

Déplacez $2$ à gauche de $u$ .

$\int \frac{1}{2 u} d u = \int \frac{1}{x} d x$

Étape 6.2.2.3

Comme $\frac{1}{2}$ est constant par rapport à $u$ , placez $\frac{1}{2}$ en dehors de l’intégrale.

$\frac{1}{2} \int \frac{1}{u} d u = \int \frac{1}{x} d x$

Étape 6.2.2.4

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

$\frac{1}{2} (\ln (| u |) + C_{1}) = \int \frac{1}{x} d x$

Étape 6.2.2.5

Simplifiez

$\frac{1}{2} \ln (| u |) + C_{1} = \int \frac{1}{x} d x$

Étape 6.2.2.6

Remplacez toutes les occurrences de $u$ par $1 + V^{2}$ .

$\frac{1}{2} \ln (| 1 + V^{2} |) + C_{1} = \int \frac{1}{x} d x$

Étape 6.2.3

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

$\frac{1}{2} \ln (| 1 + V^{2} |) + C_{1} = \ln (| x |) + C_{2}$

Étape 6.2.4

Regroupez la constante d’intégration du côté droit comme $C$ .

$\frac{1}{2} \ln (| 1 + V^{2} |) = \ln (| x |) + C$

Étape 6.3

Résolvez $V$ .

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Étape 6.3.1

Multipliez les deux côtés de l’équation par $2$ .

$2 (\frac{1}{2} \ln (| 1 + V^{2} |)) = 2 (\ln (| x |) + C)$

Étape 6.3.2

Simplifiez les deux côtés de l’équation.

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Étape 6.3.2.1

Simplifiez le côté gauche.

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Étape 6.3.2.1.1

Simplifiez $2 (\frac{1}{2} \ln (| 1 + V^{2} |))$ .

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Étape 6.3.2.1.1.1

Associez $\frac{1}{2}$ et $\ln (| 1 + V^{2} |)$ .

$2 \frac{\ln (| 1 + V^{2} |)}{2} = 2 (\ln (| x |) + C)$

Étape 6.3.2.1.1.2

Annulez le facteur commun de $2$ .

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Étape 6.3.2.1.1.2.1

Annulez le facteur commun.

$2 \frac{\ln (| 1 + V^{2} |)}{2} = 2 (\ln (| x |) + C)$

Étape 6.3.2.1.1.2.2

Réécrivez l’expression.

$\ln (| 1 + V^{2} |) = 2 (\ln (| x |) + C)$

Étape 6.3.2.2

Simplifiez le côté droit.

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Étape 6.3.2.2.1

Appliquez la propriété distributive.

$\ln (| 1 + V^{2} |) = 2 \ln (| x |) + 2 C$

Étape 6.3.3

Déplacez tous les termes contenant un logarithme du côté gauche de l’équation.

$\ln (| 1 + V^{2} |) - 2 \ln (| x |) = 2 C$

Étape 6.3.4

Simplifiez le côté gauche.

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Étape 6.3.4.1

Simplifiez $\ln (| 1 + V^{2} |) - 2 \ln (| x |)$ .

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Étape 6.3.4.1.1

Simplifiez chaque terme.

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Étape 6.3.4.1.1.1

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

$\ln (| 1 + V^{2} |) - \ln ({| x |}^{2}) = 2 C$

Étape 6.3.4.1.1.2

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

$\ln (| 1 + V^{2} |) - \ln (x^{2}) = 2 C$

Étape 6.3.4.1.2

Utilisez la propriété du quotient des logarithmes, $\log_{b} (x) - \log_{b} (y) = \log_{b} (\frac{x}{y})$ .

$\ln (\frac{| 1 + V^{2} |}{x^{2}}) = 2 C$

Étape 6.3.5

Pour résoudre $V$ , réécrivez l’équation en utilisant les propriétés des logarithmes.

$e^{\ln (\frac{| 1 + V^{2} |}{x^{2}})} = e^{2 C}$

Étape 6.3.6

Réécrivez $\ln (\frac{| 1 + V^{2} |}{x^{2}}) = 2 C$ en forme exponentielle en utilisant la définition d’un logarithme. Si $x$ et $b$ sont des nombres réels positifs et $b \neq 1$ , alors $\log_{b} (x) = y$ est équivalent à $b^{y} = x$ .

$e^{2 C} = \frac{| 1 + V^{2} |}{x^{2}}$

Étape 6.3.7

Résolvez $V$ .

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Étape 6.3.7.1

Réécrivez l’équation comme $\frac{| 1 + V^{2} |}{x^{2}} = e^{2 C}$ .

$\frac{| 1 + V^{2} |}{x^{2}} = e^{2 C}$

Étape 6.3.7.2

Multipliez les deux côtés par $x^{2}$ .

$\frac{| 1 + V^{2} |}{x^{2}} x^{2} = e^{2 C} x^{2}$

Étape 6.3.7.3

Simplifiez

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Étape 6.3.7.3.1

Simplifiez le côté gauche.

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Étape 6.3.7.3.1.1

Annulez le facteur commun de $x^{2}$ .

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Étape 6.3.7.3.1.1.1

Annulez le facteur commun.

$\frac{| 1 + V^{2} |}{x^{2}} x^{2} = e^{2 C} x^{2}$

Étape 6.3.7.3.1.1.2

Réécrivez l’expression.

$| 1 + V^{2} | = e^{2 C} x^{2}$

Étape 6.3.7.3.2

Simplifiez le côté droit.

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Étape 6.3.7.3.2.1

Remettez les facteurs dans l’ordre dans $e^{2 C} x^{2}$ .

$| 1 + V^{2} | = x^{2} e^{2 C}$

Étape 6.3.7.4

Résolvez $V$ .

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Étape 6.3.7.4.1

Supprimez le terme en valeur absolue. Cela crée un $\pm$ du côté droit de l’équation car $| x | = \pm x$ .

$1 + V^{2} = \pm x^{2} e^{2 C}$

Étape 6.3.7.4.2

Soustrayez $1$ des deux côtés de l’équation.

$V^{2} = \pm x^{2} e^{2 C} - 1$

Étape 6.3.7.4.3

Prenez la racine spécifiée des deux côtés de l’équation pour éliminer l’exposant du côté gauche.

$V = \pm \sqrt{\pm x^{2} e^{2 C} - 1}$

Étape 6.4

Regroupez les termes constants.

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Étape 6.4.1

Simplifiez la constante d’intégration.

$V = \pm \sqrt{\pm x^{2} C - 1}$

Étape 6.4.2

Combinez des constantes avec le plus ou le moins.

$V = \pm \sqrt{C x^{2} - 1}$

Étape 7

Remplacez $V$ par $\frac{y}{x}$ .

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

Étape 8

Résolvez $\frac{y}{x} = \pm \sqrt{C x^{2} - 1}$ pour $y$ .

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Étape 8.1

Multipliez les deux côtés par $x$ .

$\frac{y}{x} x = (\pm \sqrt{C x^{2} - 1}) x$

Étape 8.2

Simplifiez le côté gauche.

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Étape 8.2.1

Annulez le facteur commun de $x$ .

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Étape 8.2.1.1

Annulez le facteur commun.

$\frac{y}{x} x = (\pm \sqrt{C x^{2} - 1}) x$

Étape 8.2.1.2

Réécrivez l’expression.

$y = (\pm \sqrt{C x^{2} - 1}) x$