Calcul infinitésimal Exemples

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

Étape 1

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

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Étape 1.1

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

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

Étape 1.2

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

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

Étape 2

Pour résoudre l’équation différentielle, laissez $v = y^{1 - n}$ où $n$ est l’exposant de $y^{2}$ .

$v = y^{- 1}$

Étape 3

Résolvez l’équation pour $y$ .

$y = v^{- 1}$

Étape 4

Prenez la dérivée de $y$ par rapport à $x$ .

$y' = v^{- 1}$

Étape 5

Prenez la dérivée de $v^{- 1}$ par rapport à $x$ .

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Étape 5.1

Prenez la dérivée de $v^{- 1}$ .

$y' = \frac{d}{d x} [v^{- 1}]$

Étape 5.2

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

$y' = \frac{d}{d x} [\frac{1}{v}]$

Étape 5.3

Différenciez en utilisant la règle du quotient qui indique que $\frac{d}{d x} [\frac{f (x)}{g (x)}]$ est $\frac{g (x) \frac{d}{d x} [f (x)] - f (x) \frac{d}{d x} [g (x)]}{{g (x)}^{2}}$ où $f (x) = 1$ et $g (x) = v$ .

$y' = \frac{v \frac{d}{d x} [1] - 1 \cdot 1 \frac{d}{d x} [v]}{v^{2}}$

Étape 5.4

Différenciez en utilisant la règle de la constante.

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Étape 5.4.1

Multipliez $- 1$ par $1$ .

$y' = \frac{v \frac{d}{d x} [1] - \frac{d}{d x} [v]}{v^{2}}$

Étape 5.4.2

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

$y' = \frac{v \cdot 0 - \frac{d}{d x} [v]}{v^{2}}$

Étape 5.4.3

Simplifiez l’expression.

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Étape 5.4.3.1

Multipliez $v$ par $0$ .

$y' = \frac{0 - \frac{d}{d x} [v]}{v^{2}}$

Étape 5.4.3.2

Soustrayez $\frac{d}{d x} [v]$ de $0$ .

$y' = \frac{- \frac{d}{d x} [v]}{v^{2}}$

Étape 5.4.3.3

Placez le signe moins devant la fraction.

$y' = - \frac{\frac{d}{d x} [v]}{v^{2}}$

Étape 5.5

Réécrivez $\frac{d}{d x} [v]$ comme $v'$ .

$y' = - \frac{v'}{v^{2}}$

Étape 6

Remplacez $\frac{d y}{d x}$ par $- \frac{v'}{v^{2}}$ et $y$ par $v^{- 1}$ dans l’équation d’origine $\frac{d y}{d x} + \frac{2}{x} y = (x - 1) y^{2}$ .

$- \frac{v'}{v^{2}} + \frac{2}{x} v^{- 1} = (x - 1) {(v^{- 1})}^{2}$

Étape 7

Résolvez l’équation différentielle remplacée.

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Étape 7.1

Réécrivez l’équation différentielle comme $\frac{d v}{d x} + M (x) v = Q (x)$ .

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Étape 7.1.1

Multiplier chaque terme dans $- \frac{\frac{d v}{d x}}{v^{2}} + \frac{2}{x} v^{- 1} = (x - 1) {(v^{- 1})}^{2}$ par $- v^{2}$ afin d’éliminer les fractions.

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Étape 7.1.1.1

Multipliez chaque terme dans $- \frac{\frac{d v}{d x}}{v^{2}} + \frac{2}{x} v^{- 1} = (x - 1) {(v^{- 1})}^{2}$ par $- v^{2}$ .

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

Étape 7.1.1.2

Simplifiez le côté gauche.

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Étape 7.1.1.2.1

Simplifiez chaque terme.

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Étape 7.1.1.2.1.1

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

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Étape 7.1.1.2.1.1.1

Placez le signe négatif initial dans $- \frac{\frac{d v}{d x}}{v^{2}}$ dans le numérateur.

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

Étape 7.1.1.2.1.1.2

Factorisez $v^{2}$ à partir de $- v^{2}$ .

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

Étape 7.1.1.2.1.1.3

Annulez le facteur commun.

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

Étape 7.1.1.2.1.1.4

Réécrivez l’expression.

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

Étape 7.1.1.2.1.2

Multipliez $- 1$ par $- 1$ .

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

Étape 7.1.1.2.1.3

Multipliez $\frac{d v}{d x}$ par $1$ .

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

Étape 7.1.1.2.1.4

Réécrivez en utilisant la commutativité de la multiplication.

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

Étape 7.1.1.2.1.5

Multipliez $v^{- 1}$ par $v^{2}$ en additionnant les exposants.

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Étape 7.1.1.2.1.5.1

Déplacez $v^{2}$ .

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

Étape 7.1.1.2.1.5.2

Utilisez la règle de puissance $a^{m} a^{n} = a^{m + n}$ pour associer des exposants.

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

Étape 7.1.1.2.1.5.3

Soustrayez $1$ de $2$ .

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

Étape 7.1.1.2.1.6

Simplifiez $- \frac{2}{x} v^{1}$ .

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

Étape 7.1.1.2.1.7

Associez $v$ et $\frac{2}{x}$ .

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

Étape 7.1.1.2.1.8

Déplacez $2$ à gauche de $v$ .

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

Étape 7.1.1.3

Simplifiez le côté droit.

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Étape 7.1.1.3.1

Réécrivez en utilisant la commutativité de la multiplication.

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

Étape 7.1.1.3.2

Appliquez la propriété distributive.

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

Étape 7.1.1.3.3

Simplifiez l’expression.

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Étape 7.1.1.3.3.1

Multipliez $- 1$ par $- 1$ .

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

Étape 7.1.1.3.3.2

Multipliez les exposants dans ${(v^{- 1})}^{2}$ .

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Étape 7.1.1.3.3.2.1

Appliquez la règle de puissance et multipliez les exposants, ${(a^{m})}^{n} = a^{m n}$ .

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

Étape 7.1.1.3.3.2.2

Multipliez $- 1$ par $2$ .

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

Étape 7.1.1.3.4

Multipliez $v^{- 2}$ par $v^{2}$ en additionnant les exposants.

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Étape 7.1.1.3.4.1

Déplacez $v^{2}$ .

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

Étape 7.1.1.3.4.2

Utilisez la règle de puissance $a^{m} a^{n} = a^{m + n}$ pour associer des exposants.

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

Étape 7.1.1.3.4.3

Soustrayez $2$ de $2$ .

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

Étape 7.1.1.3.5

Simplifiez $(- x + 1) v^{0}$ .

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

Étape 7.1.2

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

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

Étape 7.1.3

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

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

Étape 7.2

Le facteur d’intégration est défini par la formule $e^{\int P (x) d x}$ , où $P (x) = - \frac{2}{x}$ .

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Étape 7.2.1

Définissez l’intégration.

$e^{\int - \frac{2}{x} d x}$

Étape 7.2.2

Intégrez $- \frac{2}{x}$ .

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Étape 7.2.2.1

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

$e^{- \int \frac{2}{x} d x}$

Étape 7.2.2.2

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

$e^{- (2 \int \frac{1}{x} d x)}$

Étape 7.2.2.3

Multipliez $2$ par $- 1$ .

$e^{- 2 \int \frac{1}{x} d x}$

Étape 7.2.2.4

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

$e^{- 2 (\ln (| x |) + C)}$

Étape 7.2.2.5

Simplifiez

$e^{- 2 \ln (| x |) + C}$

Étape 7.2.3

Retirez la constante d’intégration.

$e^{- 2 \ln (x)}$

Étape 7.2.4

Utilisez la règle de puissance logarithmique.

$e^{\ln (x^{- 2})}$

Étape 7.2.5

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

$x^{- 2}$

Étape 7.2.6

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

$\frac{1}{x^{2}}$

Étape 7.3

Multipliez chaque terme par le facteur d’intégration $\frac{1}{x^{2}}$ .

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Étape 7.3.1

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

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

Étape 7.3.2

Simplifiez chaque terme.

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Étape 7.3.2.1

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

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

Étape 7.3.2.2

Réécrivez en utilisant la commutativité de la multiplication.

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

Étape 7.3.2.3

Associez $\frac{2}{x}$ et $v$ .

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

Étape 7.3.2.4

Multipliez $- \frac{1}{x^{2}} \cdot \frac{2 v}{x}$ .

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Étape 7.3.2.4.1

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

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

Étape 7.3.2.4.2

Multipliez $x$ par $x^{2}$ en additionnant les exposants.

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Étape 7.3.2.4.2.1

Multipliez $x$ par $x^{2}$ .

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Étape 7.3.2.4.2.1.1

Élevez $x$ à la puissance $1$ .

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

Étape 7.3.2.4.2.1.2

Utilisez la règle de puissance $a^{m} a^{n} = a^{m + n}$ pour associer des exposants.

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

Étape 7.3.2.4.2.2

Additionnez $1$ et $2$ .

$\frac{\frac{d v}{d x}}{x^{2}} - \frac{2 v}{x^{3}} = \frac{1}{x^{2}} (- x) + \frac{1}{x^{2}} \cdot 1$

Étape 7.3.3

Simplifiez chaque terme.

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Étape 7.3.3.1

Réécrivez en utilisant la commutativité de la multiplication.

$\frac{\frac{d v}{d x}}{x^{2}} - \frac{2 v}{x^{3}} = - \frac{1}{x^{2}} x + \frac{1}{x^{2}} \cdot 1$

Étape 7.3.3.2

Annulez le facteur commun de $x$ .

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Étape 7.3.3.2.1

Placez le signe négatif initial dans $- \frac{1}{x^{2}}$ dans le numérateur.

$\frac{\frac{d v}{d x}}{x^{2}} - \frac{2 v}{x^{3}} = \frac{- 1}{x^{2}} x + \frac{1}{x^{2}} \cdot 1$

Étape 7.3.3.2.2

Factorisez $x$ à partir de $x^{2}$ .

$\frac{\frac{d v}{d x}}{x^{2}} - \frac{2 v}{x^{3}} = \frac{- 1}{x \cdot x} x + \frac{1}{x^{2}} \cdot 1$

Étape 7.3.3.2.3

Annulez le facteur commun.

$\frac{\frac{d v}{d x}}{x^{2}} - \frac{2 v}{x^{3}} = \frac{- 1}{x \cdot x} x + \frac{1}{x^{2}} \cdot 1$

Étape 7.3.3.2.4

Réécrivez l’expression.

$\frac{\frac{d v}{d x}}{x^{2}} - \frac{2 v}{x^{3}} = \frac{- 1}{x} + \frac{1}{x^{2}} \cdot 1$

Étape 7.3.3.3

Placez le signe moins devant la fraction.

$\frac{\frac{d v}{d x}}{x^{2}} - \frac{2 v}{x^{3}} = - \frac{1}{x} + \frac{1}{x^{2}} \cdot 1$

Étape 7.3.3.4

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

$\frac{\frac{d v}{d x}}{x^{2}} - \frac{2 v}{x^{3}} = - \frac{1}{x} + \frac{1}{x^{2}}$

Étape 7.4

Réécrivez le côté gauche suite à la différenciation d’un produit.

$\frac{d}{d x} [\frac{1}{x^{2}} v] = - \frac{1}{x} + \frac{1}{x^{2}}$

Étape 7.5

Définissez une intégrale de chaque côté.

$\int \frac{d}{d x} [\frac{1}{x^{2}} v] d x = \int - \frac{1}{x} + \frac{1}{x^{2}} d x$

Étape 7.6

Intégrez le côté gauche.

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

Étape 7.7

Intégrez le côté droit.

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Étape 7.7.1

Séparez l’intégrale unique en plusieurs intégrales.

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

Étape 7.7.2

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

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

Étape 7.7.3

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

$\frac{1}{x^{2}} v = - (\ln (| x |) + C) + \int \frac{1}{x^{2}} d x$

Étape 7.7.4

Appliquez les règles de base des exposants.

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Étape 7.7.4.1

Retirez $x^{2}$ du dénominateur en l’élevant à la puissance $- 1$ .

$\frac{1}{x^{2}} v = - (\ln (| x |) + C) + \int {(x^{2})}^{- 1} d x$

Étape 7.7.4.2

Multipliez les exposants dans ${(x^{2})}^{- 1}$ .

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Étape 7.7.4.2.1

Appliquez la règle de puissance et multipliez les exposants, ${(a^{m})}^{n} = a^{m n}$ .

$\frac{1}{x^{2}} v = - (\ln (| x |) + C) + \int x^{2 \cdot - 1} d x$

Étape 7.7.4.2.2

Multipliez $2$ par $- 1$ .

$\frac{1}{x^{2}} v = - (\ln (| x |) + C) + \int x^{- 2} d x$

Étape 7.7.5

Selon la règle de puissance, l’intégrale de $x^{- 2}$ par rapport à $x$ est $- x^{- 1}$ .

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

Étape 7.7.6

Simplifiez

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

Étape 7.8

Résolvez $v$ .

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Étape 7.8.1

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

Appuyez ici pour voir plus d’étapes...

Étape 7.8.1.1

Ajoutez $\ln (| x |)$ aux deux côtés de l’équation.

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

Étape 7.8.1.2

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

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

Étape 7.8.1.3

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

$\frac{1}{x^{2}} v + \ln (| x |) + \frac{1}{x} - C = 0$

Étape 7.8.1.4

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

$\frac{v}{x^{2}} + \ln (| x |) + \frac{1}{x} - C = 0$

Étape 7.8.2

Déplacez tous les termes ne contenant pas $v$ du côté droit de l’équation.

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Étape 7.8.2.1

Soustrayez $\ln (| x |)$ des deux côtés de l’équation.

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

Étape 7.8.2.2

Soustrayez $\frac{1}{x}$ des deux côtés de l’équation.

$\frac{v}{x^{2}} - C = - \ln (| x |) - \frac{1}{x}$

Étape 7.8.2.3

Ajoutez $C$ aux deux côtés de l’équation.

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

Étape 7.8.3

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

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

Étape 7.8.4

Simplifiez

Appuyez ici pour voir plus d’étapes...

Étape 7.8.4.1

Simplifiez le côté gauche.

Appuyez ici pour voir plus d’étapes...

Étape 7.8.4.1.1

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

Appuyez ici pour voir plus d’étapes...

Étape 7.8.4.1.1.1

Annulez le facteur commun.

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

Étape 7.8.4.1.1.2

Réécrivez l’expression.

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

Étape 7.8.4.2

Simplifiez le côté droit.

Appuyez ici pour voir plus d’étapes...

Étape 7.8.4.2.1

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

Appuyez ici pour voir plus d’étapes...

Étape 7.8.4.2.1.1

Appliquez la propriété distributive.

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

Étape 7.8.4.2.1.2

Annulez le facteur commun de $x$ .

Appuyez ici pour voir plus d’étapes...

Étape 7.8.4.2.1.2.1

Placez le signe négatif initial dans $- \frac{1}{x}$ dans le numérateur.

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

Étape 7.8.4.2.1.2.2

Factorisez $x$ à partir de $x^{2}$ .

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

Étape 7.8.4.2.1.2.3

Annulez le facteur commun.

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

Étape 7.8.4.2.1.2.4

Réécrivez l’expression.

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

Étape 7.8.4.2.1.3

Simplifiez l’expression.

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Étape 7.8.4.2.1.3.1

Réécrivez $- 1 x$ comme $- x$ .

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

Étape 7.8.4.2.1.3.2

Remettez les facteurs dans l’ordre dans $- \ln (| x |) x^{2} - x + C x^{2}$ .

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

Étape 7.8.4.2.1.3.3

Déplacez $- x^{2} \ln (| x |)$ .

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

Étape 7.8.4.2.1.3.4

Remettez dans l’ordre $- x$ et $C x^{2}$ .

$v = C x^{2} - x - x^{2} \ln (| x |)$

Étape 8

Remplacez $v$ par $y^{- 1}$ .

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