Calcul infinitésimal Exemples

$x + 1 \frac{d y}{d x} = y + 10$

Étape 1

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

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Étape 1.1

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

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Étape 1.1.1

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

$x + 1 \frac{d y}{d x} - y = 10$

Étape 1.1.2

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

$1 \frac{d y}{d x} - y = 10 - x$

Étape 1.1.3

Remettez les termes dans l’ordre.

$1 \frac{d y}{d x} - y = - x + 10$

Étape 1.2

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

$\frac{d y}{d x} - y = - x + 10$

Étape 2

Le facteur d’intégration est défini par la formule $e^{\int P (x) d x}$ , où $P (x) = - 1$ .

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Étape 2.1

Définissez l’intégration.

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

Étape 2.2

Appliquez la règle de la constante.

$e^{- x + C}$

Étape 2.3

Retirez la constante d’intégration.

$e^{- x}$

Étape 3

Multipliez chaque terme par le facteur d’intégration $e^{- x}$ .

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Étape 3.1

Multipliez chaque terme par $e^{- x}$ .

$e^{- x} \frac{d y}{d x} + e^{- x} (- y) = e^{- x} (- x) + e^{- x} \cdot 10$

Étape 3.2

Réécrivez en utilisant la commutativité de la multiplication.

$e^{- x} \frac{d y}{d x} - e^{- x} y = e^{- x} (- x) + e^{- x} \cdot 10$

Étape 3.3

Simplifiez chaque terme.

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Étape 3.3.1

Réécrivez en utilisant la commutativité de la multiplication.

$e^{- x} \frac{d y}{d x} - e^{- x} y = - e^{- x} x + e^{- x} \cdot 10$

Étape 3.3.2

Déplacez $10$ à gauche de $e^{- x}$ .

$e^{- x} \frac{d y}{d x} - e^{- x} y = - e^{- x} x + 10 e^{- x}$

Étape 3.4

Remettez les facteurs dans l’ordre dans $e^{- x} \frac{d y}{d x} - e^{- x} y = - e^{- x} x + 10 e^{- x}$ .

$e^{- x} \frac{d y}{d x} - y e^{- x} = - x e^{- x} + 10 e^{- x}$

Étape 4

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

$\frac{d}{d x} [e^{- x} y] = - x e^{- x} + 10 e^{- x}$

Étape 5

Définissez une intégrale de chaque côté.

$\int \frac{d}{d x} [e^{- x} y] d x = \int - x e^{- x} + 10 e^{- x} d x$

Étape 6

Intégrez le côté gauche.

$e^{- x} y = \int - x e^{- x} + 10 e^{- x} d x$

Étape 7

Intégrez le côté droit.

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Étape 7.1

Séparez l’intégrale unique en plusieurs intégrales.

$e^{- x} y = \int - x e^{- x} d x + \int 10 e^{- x} d x$

Étape 7.2

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

$e^{- x} y = - \int x e^{- x} d x + \int 10 e^{- x} d x$

Étape 7.3

Intégrez par parties en utilisant la formule $\int u d v = u v - \int v d u$ , où $u = x$ et $d v = e^{- x}$ .

$e^{- x} y = - (x (- e^{- x}) - \int - e^{- x} d x) + \int 10 e^{- x} d x$

Étape 7.4

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

$e^{- x} y = - (x (- e^{- x}) - - \int e^{- x} d x) + \int 10 e^{- x} d x$

Étape 7.5

Simplifiez

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Étape 7.5.1

Multipliez $- 1$ par $- 1$ .

$e^{- x} y = - (x (- e^{- x}) + 1 \int e^{- x} d x) + \int 10 e^{- x} d x$

Étape 7.5.2

Multipliez $\int e^{- x} d x$ par $1$ .

$e^{- x} y = - (x (- e^{- x}) + \int e^{- x} d x) + \int 10 e^{- x} d x$

Étape 7.6

Laissez $u_{1} = - x$ . Alors $d u_{1} = - d x$ , donc $- d u_{1} = d x$ . Réécrivez avec $u_{1}$ et $d$ $u_{1}$ .

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Étape 7.6.1

Laissez $u_{1} = - x$ . Déterminez $\frac{d u_{1}}{d x}$ .

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Étape 7.6.1.1

Différenciez $- x$ .

$\frac{d}{d x} [- x]$

Étape 7.6.1.2

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

$- \frac{d}{d x} [x]$

Étape 7.6.1.3

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

$- 1 \cdot 1$

Étape 7.6.1.4

Multipliez $- 1$ par $1$ .

$- 1$

Étape 7.6.2

Réécrivez le problème en utilisant $u_{1}$ et $d u_{1}$ .

$e^{- x} y = - (x (- e^{- x}) + \int - e^{u_{1}} d u_{1}) + \int 10 e^{- x} d x$

Étape 7.7

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

$e^{- x} y = - (x (- e^{- x}) - \int e^{u_{1}} d u_{1}) + \int 10 e^{- x} d x$

Étape 7.8

L’intégrale de $e^{u_{1}}$ par rapport à $u_{1}$ est $e^{u_{1}}$ .

$e^{- x} y = - (x (- e^{- x}) - (e^{u_{1}} + C)) + \int 10 e^{- x} d x$

Étape 7.9

Comme $10$ est constant par rapport à $x$ , placez $10$ en dehors de l’intégrale.

$e^{- x} y = - (x (- e^{- x}) - (e^{u_{1}} + C)) + 10 \int e^{- x} d x$

Étape 7.10

Laissez $u_{2} = - x$ . Alors $d u_{2} = - d x$ , donc $- d u_{2} = d x$ . Réécrivez avec $u_{2}$ et $d$ $u_{2}$ .

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Étape 7.10.1

Laissez $u_{2} = - x$ . Déterminez $\frac{d u_{2}}{d x}$ .

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Étape 7.10.1.1

Différenciez $- x$ .

$\frac{d}{d x} [- x]$

Étape 7.10.1.2

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

$- \frac{d}{d x} [x]$

Étape 7.10.1.3

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

$- 1 \cdot 1$

Étape 7.10.1.4

Multipliez $- 1$ par $1$ .

$- 1$

Étape 7.10.2

Réécrivez le problème en utilisant $u_{2}$ et $d u_{2}$ .

$e^{- x} y = - (x (- e^{- x}) - (e^{u_{1}} + C)) + 10 \int - e^{u_{2}} d u_{2}$

Étape 7.11

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

$e^{- x} y = - (x (- e^{- x}) - (e^{u_{1}} + C)) + 10 (- \int e^{u_{2}} d u_{2})$

Étape 7.12

Multipliez $- 1$ par $10$ .

$e^{- x} y = - (x (- e^{- x}) - (e^{u_{1}} + C)) - 10 \int e^{u_{2}} d u_{2}$

Étape 7.13

L’intégrale de $e^{u_{2}}$ par rapport à $u_{2}$ est $e^{u_{2}}$ .

$e^{- x} y = - (x (- e^{- x}) - (e^{u_{1}} + C)) - 10 (e^{u_{2}} + C)$

Étape 7.14

Simplifiez

$e^{- x} y = - (- x e^{- x} - e^{u_{1}}) - 10 e^{u_{2}} + C$

Étape 7.15

Remplacez à nouveau pour chaque variable de substitution de l’intégration.

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Étape 7.15.1

Remplacez toutes les occurrences de $u_{1}$ par $- x$ .

$e^{- x} y = - (- x e^{- x} - e^{- x}) - 10 e^{u_{2}} + C$

Étape 7.15.2

Remplacez toutes les occurrences de $u_{2}$ par $- x$ .

$e^{- x} y = - (- x e^{- x} - e^{- x}) - 10 e^{- x} + C$

Étape 7.16

Simplifiez

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Étape 7.16.1

Appliquez la propriété distributive.

$e^{- x} y = - (- x e^{- x}) - - e^{- x} - 10 e^{- x} + C$

Étape 7.16.2

Multipliez $- (- x e^{- x})$ .

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Étape 7.16.2.1

Multipliez $- 1$ par $- 1$ .

$e^{- x} y = 1 (x e^{- x}) - - e^{- x} - 10 e^{- x} + C$

Étape 7.16.2.2

Multipliez $x$ par $1$ .

$e^{- x} y = x e^{- x} - - e^{- x} - 10 e^{- x} + C$

Étape 7.16.3

Multipliez $- - e^{- x}$ .

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Étape 7.16.3.1

Multipliez $- 1$ par $- 1$ .

$e^{- x} y = x e^{- x} + 1 e^{- x} - 10 e^{- x} + C$

Étape 7.16.3.2

Multipliez $e^{- x}$ par $1$ .

$e^{- x} y = x e^{- x} + e^{- x} - 10 e^{- x} + C$

Étape 7.16.4

Soustrayez $10 e^{- x}$ de $e^{- x}$ .

$e^{- x} y = x e^{- x} - 9 e^{- x} + C$

Étape 8

Divisez chaque terme dans $e^{- x} y = x e^{- x} - 9 e^{- x} + C$ par $e^{- x}$ et simplifiez.

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Étape 8.1

Divisez chaque terme dans $e^{- x} y = x e^{- x} - 9 e^{- x} + C$ par $e^{- x}$ .

$\frac{e^{- x} y}{e^{- x}} = \frac{x e^{- x}}{e^{- x}} + \frac{- 9 e^{- x}}{e^{- x}} + \frac{C}{e^{- x}}$

Étape 8.2

Simplifiez le côté gauche.

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Étape 8.2.1

Annulez le facteur commun de $e^{- x}$ .

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Étape 8.2.1.1

Annulez le facteur commun.

$\frac{e^{- x} y}{e^{- x}} = \frac{x e^{- x}}{e^{- x}} + \frac{- 9 e^{- x}}{e^{- x}} + \frac{C}{e^{- x}}$

Étape 8.2.1.2

Divisez $y$ par $1$ .

$y = \frac{x e^{- x}}{e^{- x}} + \frac{- 9 e^{- x}}{e^{- x}} + \frac{C}{e^{- x}}$

Étape 8.3

Simplifiez le côté droit.

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Étape 8.3.1

Simplifiez chaque terme.

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Étape 8.3.1.1

Annulez le facteur commun de $e^{- x}$ .

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Étape 8.3.1.1.1

Annulez le facteur commun.

$y = \frac{x e^{- x}}{e^{- x}} + \frac{- 9 e^{- x}}{e^{- x}} + \frac{C}{e^{- x}}$

Étape 8.3.1.1.2

Divisez $x$ par $1$ .

$y = x + \frac{- 9 e^{- x}}{e^{- x}} + \frac{C}{e^{- x}}$

Étape 8.3.1.2

Annulez le facteur commun de $e^{- x}$ .

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Étape 8.3.1.2.1

Annulez le facteur commun.

$y = x + \frac{- 9 e^{- x}}{e^{- x}} + \frac{C}{e^{- x}}$

Étape 8.3.1.2.2

Divisez $- 9$ par $1$ .

$y = x - 9 + \frac{C}{e^{- x}}$