Calcul infinitésimal Exemples

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

Étape 1

Laissez $v = e^{x^{2} + y}$ . Remplacez toutes les occurrences de $e^{x^{2} + y}$ par $v$ .

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

Étape 2

Déterminez $\frac{d v}{d x}$ en différenciant $e^{x^{2} + y}$ .

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Étape 2.1

Différenciez en utilisant la règle d’enchaînement, qui indique que $\frac{d}{d x} [f (g (x))]$ est $f' (g (x)) g' (x)$ où $f (x) = e^{x}$ et $g (x) = x^{2} + y$ .

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Étape 2.1.1

Pour appliquer la règle de la chaîne, définissez $u_{1}$ comme $x^{2} + y$ .

$\frac{d v}{d x} = \frac{d}{d u_{1}} [e^{u_{1}}] \frac{d}{d x} [x^{2} + y]$

Étape 2.1.2

Différenciez en utilisant la règle exponentielle qui indique que $\frac{d}{d u_{1}} [a^{u_{1}}]$ est $a^{u_{1}} \ln (a)$ où $a$ = $e$ .

$\frac{d v}{d x} = e^{u_{1}} \frac{d}{d x} [x^{2} + y]$

Étape 2.1.3

Remplacez toutes les occurrences de $u_{1}$ par $x^{2} + y$ .

$\frac{d v}{d x} = e^{x^{2} + y} \frac{d}{d x} [x^{2} + y]$

Étape 2.2

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

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

Étape 2.3

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

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

Étape 2.4

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

$\frac{d v}{d x} = e^{x^{2} + y} (2 x + y')$

Étape 3

Remplacez $e^{x^{2} + y}$ par $v$ .

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

Étape 4

Remplacez à nouveau la dérivée dans l’équation différentielle.

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

Étape 5

Séparez les variables.

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Étape 5.1

Résolvez $\frac{d v}{d x}$ .

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Étape 5.1.1

Ajoutez $2 x$ aux deux côtés de l’équation.

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

Étape 5.1.2

Multipliez les deux côtés par $v$ .

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

Étape 5.1.3

Simplifiez

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Étape 5.1.3.1

Simplifiez le côté gauche.

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Étape 5.1.3.1.1

Annulez le facteur commun de $v$ .

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Étape 5.1.3.1.1.1

Annulez le facteur commun.

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

Étape 5.1.3.1.1.2

Réécrivez l’expression.

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

Étape 5.1.3.2

Simplifiez le côté droit.

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Étape 5.1.3.2.1

Simplifiez $(2 x v + 2 x) v$ .

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Étape 5.1.3.2.1.1

Appliquez la propriété distributive.

$\frac{d v}{d x} = 2 x v \cdot v + 2 x v$

Étape 5.1.3.2.1.2

Multipliez $v$ par $v$ en additionnant les exposants.

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Étape 5.1.3.2.1.2.1

Déplacez $v$ .

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

Étape 5.1.3.2.1.2.2

Multipliez $v$ par $v$ .

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

Étape 5.1.3.2.1.3

Déplacez $x$ .

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

Étape 5.1.3.2.1.4

Déplacez $x$ .

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

Étape 5.2

Factorisez $2 v x$ à partir de $2 v^{2} x + 2 v x$ .

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Étape 5.2.1

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

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

Étape 5.2.2

Factorisez $2 v x$ à partir de $2 v x$ .

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

Étape 5.2.3

Factorisez $2 v x$ à partir de $2 v x (v) + 2 v x (1)$ .

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

Étape 5.3

Multipliez les deux côtés par $\frac{1}{v (v + 1)}$ .

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

Étape 5.4

Simplifiez

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Étape 5.4.1

Réécrivez en utilisant la commutativité de la multiplication.

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

Étape 5.4.2

Associez $2$ et $\frac{1}{v (v + 1)}$ .

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

Étape 5.4.3

Annulez le facteur commun de $v (v + 1)$ .

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Étape 5.4.3.1

Factorisez $v (v + 1)$ à partir de $v x (v + 1)$ .

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

Étape 5.4.3.2

Annulez le facteur commun.

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

Étape 5.4.3.3

Réécrivez l’expression.

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

Étape 5.5

Réécrivez l’équation.

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

Étape 6

Intégrez les deux côtés.

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Étape 6.1

Définissez une intégrale de chaque côté.

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

Étape 6.2

Intégrez le côté gauche.

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Étape 6.2.1

Écrivez la fraction en utilisant la décomposition en fractions partielles.

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Étape 6.2.1.1

Décomposez la fraction et multipliez par le dénominateur commun.

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Étape 6.2.1.1.1

Pour chaque facteur dans le dénominateur, créez une nouvelle fraction en utilisant le facteur comme dénominateur et une valeur inconnue comme numérateur. Comme le facteur dans le dénominateur est linéaire, placez une variable unique à sa place $B$ .

$\frac{A}{v} + \frac{B}{v + 1}$

Étape 6.2.1.1.2

Multipliez chaque fraction dans l’équation par le dénominateur de l’expression d’origine. Dans ce cas, le dénominateur est $v (v + 1)$ .

$\frac{1 (v (v + 1))}{v (v + 1)} = \frac{A (v (v + 1))}{v} + \frac{B (v (v + 1))}{v + 1}$

Étape 6.2.1.1.3

Annulez le facteur commun de $v$ .

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Étape 6.2.1.1.3.1

Annulez le facteur commun.

$\frac{1 (v (v + 1))}{v (v + 1)} = \frac{A (v (v + 1))}{v} + \frac{B (v (v + 1))}{v + 1}$

Étape 6.2.1.1.3.2

Réécrivez l’expression.

$\frac{1 (v + 1)}{v + 1} = \frac{A (v (v + 1))}{v} + \frac{B (v (v + 1))}{v + 1}$

Étape 6.2.1.1.4

Annulez le facteur commun de $v + 1$ .

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Étape 6.2.1.1.4.1

Annulez le facteur commun.

$\frac{1 (v + 1)}{v + 1} = \frac{A (v (v + 1))}{v} + \frac{B (v (v + 1))}{v + 1}$

Étape 6.2.1.1.4.2

Réécrivez l’expression.

$1 = \frac{A (v (v + 1))}{v} + \frac{B (v (v + 1))}{v + 1}$

Étape 6.2.1.1.5

Simplifiez chaque terme.

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Étape 6.2.1.1.5.1

Annulez le facteur commun de $v$ .

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Étape 6.2.1.1.5.1.1

Annulez le facteur commun.

$1 = \frac{A (v (v + 1))}{v} + \frac{B (v (v + 1))}{v + 1}$

Étape 6.2.1.1.5.1.2

Divisez $A (v + 1)$ par $1$ .

$1 = A (v + 1) + \frac{B (v (v + 1))}{v + 1}$

Étape 6.2.1.1.5.2

Appliquez la propriété distributive.

$1 = A (v) + A \cdot 1 + \frac{B (v (v + 1))}{v + 1}$

Étape 6.2.1.1.5.3

Multipliez $A$ par $1$ .

$1 = A (v) + A + \frac{B (v (v + 1))}{v + 1}$

Étape 6.2.1.1.5.4

Annulez le facteur commun de $v + 1$ .

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Étape 6.2.1.1.5.4.1

Annulez le facteur commun.

$1 = A (v) + A + \frac{B (v (v + 1))}{v + 1}$

Étape 6.2.1.1.5.4.2

Divisez $B v$ par $1$ .

$1 = A v + A + B v$

Étape 6.2.1.1.6

Déplacez $A$ .

$1 = A v + B v + A$

Étape 6.2.1.2

Créez des équations pour les variables de fractions partielles et utilisez-les pour définir un système d’équations.

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Étape 6.2.1.2.1

Créez une équation pour les variables de fractions partielles en faisant correspondre les coefficients de $v$ de chaque côté de l’équation. Pour que l’équation soit égale, les coefficients équivalents de chaque côté de l’équation doivent être égaux.

$0 = A + B$

Étape 6.2.1.2.2

Créez une équation pour les variables de fractions partielles en faisant correspondre les coefficients des termes qui ne contiennent pas $v$ . Pour que l’équation soit égale, les coefficients équivalents de chaque côté de l’équation doivent être égaux.

$1 = A$

Étape 6.2.1.2.3

Définissez le système d’équations pour déterminer les coefficients des fractions partielles.

$0 = A + B$

$1 = A$

$0 = A + B$

$1 = A$

Étape 6.2.1.3

Résolvez le système d’équations.

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Étape 6.2.1.3.1

Réécrivez l’équation comme $A = 1$ .

$A = 1$

$0 = A + B$

Étape 6.2.1.3.2

Remplacez toutes les occurrences de $A$ par $1$ dans chaque équation.

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Étape 6.2.1.3.2.1

Remplacez toutes les occurrences de $A$ dans $0 = A + B$ par $1$ .

$0 = (1) + B$

$A = 1$

Étape 6.2.1.3.2.2

Simplifiez le côté droit.

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Étape 6.2.1.3.2.2.1

Supprimez les parenthèses.

$0 = 1 + B$

$A = 1$

$0 = 1 + B$

$A = 1$

$0 = 1 + B$

$A = 1$

Étape 6.2.1.3.3

Résolvez $B$ dans $0 = 1 + B$ .

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Étape 6.2.1.3.3.1

Réécrivez l’équation comme $1 + B = 0$ .

$1 + B = 0$

$A = 1$

Étape 6.2.1.3.3.2

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

$B = - 1$

$A = 1$

$B = - 1$

$A = 1$

Étape 6.2.1.3.4

Résolvez le système d’équations.

$B = - 1 A = 1$

Étape 6.2.1.3.5

Indiquez toutes les solutions.

$B = - 1, A = 1$

Étape 6.2.1.4

Remplacez chacun des coefficients de fractions partielles dans $\frac{A}{v} + \frac{B}{v + 1}$ par les valeurs trouvées pour $A$ et $B$ .

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

Étape 6.2.1.5

Placez le signe moins devant la fraction.

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

Étape 6.2.2

Séparez l’intégrale unique en plusieurs intégrales.

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

Étape 6.2.3

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

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

Étape 6.2.4

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

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

Étape 6.2.5

Laissez $u_{2} = v + 1$ . Puis $d u_{2} = d v$ . Réécrivez avec $u_{2}$ et $d$ $u_{2}$ .

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Étape 6.2.5.1

Laissez $u_{2} = v + 1$ . Déterminez $\frac{d u_{2}}{d v}$ .

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Étape 6.2.5.1.1

Différenciez $v + 1$ .

$\frac{d}{d v} [v + 1]$

Étape 6.2.5.1.2

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

$\frac{d}{d v} [v] + \frac{d}{d v} [1]$

Étape 6.2.5.1.3

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

$1 + \frac{d}{d v} [1]$

Étape 6.2.5.1.4

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

$1 + 0$

Étape 6.2.5.1.5

Additionnez $1$ et $0$ .

$1$

Étape 6.2.5.2

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

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

Étape 6.2.6

L’intégrale de $\frac{1}{u_{2}}$ par rapport à $u_{2}$ est $\ln (| u_{2} |)$ .

$\ln (| v |) + C_{1} - (\ln (| u_{2} |) + C_{2}) = \int 2 x d x$

Étape 6.2.7

Simplifiez

$\ln (| v |) - \ln (| u_{2} |) + C_{3} = \int 2 x d x$

Étape 6.3

Intégrez le côté droit.

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Étape 6.3.1

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

$\ln (| v |) - \ln (| u_{2} |) + C_{3} = 2 \int x d x$

Étape 6.3.2

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

$\ln (| v |) - \ln (| u_{2} |) + C_{3} = 2 (\frac{1}{2} x^{2} + C_{4})$

Étape 6.3.3

Simplifiez la réponse.

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Étape 6.3.3.1

Réécrivez $2 (\frac{1}{2} x^{2} + C_{4})$ comme $2 (\frac{1}{2}) x^{2} + C_{4}$ .

$\ln (| v |) - \ln (| u_{2} |) + C_{3} = 2 (\frac{1}{2}) x^{2} + C_{4}$

Étape 6.3.3.2

Simplifiez

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Étape 6.3.3.2.1

Associez $2$ et $\frac{1}{2}$ .

$\ln (| v |) - \ln (| u_{2} |) + C_{3} = \frac{2}{2} x^{2} + C_{4}$

Étape 6.3.3.2.2

Annulez le facteur commun de $2$ .

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Étape 6.3.3.2.2.1

Annulez le facteur commun.

$\ln (| v |) - \ln (| u_{2} |) + C_{3} = \frac{2}{2} x^{2} + C_{4}$

Étape 6.3.3.2.2.2

Réécrivez l’expression.

$\ln (| v |) - \ln (| u_{2} |) + C_{3} = 1 x^{2} + C_{4}$

Étape 6.3.3.2.3

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

$\ln (| v |) - \ln (| u_{2} |) + C_{3} = x^{2} + C_{4}$

Étape 6.4

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

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

Étape 7

Résolvez $v$ .

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Étape 7.1

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

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

Étape 7.2

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

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

Étape 7.3

Réécrivez $\ln (\frac{| v |}{| u_{2} |}) = x^{2} + C$ 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 $b^{y} = x$ .

$e^{x^{2} + C} = \frac{| v |}{| u_{2} |}$

Étape 7.4

Résolvez $v$ .

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Étape 7.4.1

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

$\frac{| v |}{| u_{2} |} = e^{x^{2} + C}$

Étape 7.4.2

Multipliez les deux côtés par $| u_{2} |$ .

$\frac{| v |}{| u_{2} |} | u_{2} | = e^{x^{2} + C} | u_{2} |$

Étape 7.4.3

Simplifiez le côté gauche.

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Étape 7.4.3.1

Annulez le facteur commun de $| u_{2} |$ .

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Étape 7.4.3.1.1

Annulez le facteur commun.

$\frac{| v |}{| u_{2} |} | u_{2} | = e^{x^{2} + C} | u_{2} |$

Étape 7.4.3.1.2

Réécrivez l’expression.

$| v | = e^{x^{2} + C} | u_{2} |$

Étape 7.4.4

Résolvez $v$ .

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Étape 7.4.4.1

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

$| v | = | u_{2} | e^{x^{2} + C}$

Étape 7.4.4.2

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

$v = \pm | u_{2} | e^{x^{2} + C}$

Étape 8

Regroupez les termes constants.

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Étape 8.1

Réécrivez $e^{x^{2} + C}$ comme $e^{x^{2}} e^{C}$ .

$v = \pm | u_{2} | (e^{x^{2}} e^{C})$

Étape 8.2

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

$v = \pm | u_{2} | (e^{C} e^{x^{2}})$

Étape 8.3

Combinez des constantes avec le plus ou le moins.

$v = C | u_{2} | e^{x^{2}}$

Étape 9

Remplacez toutes les occurrences de $v$ par $e^{x^{2} + y}$ .

$e^{x^{2} + y} = C | u_{2} | e^{x^{2}}$

Étape 10

Résolvez $y$ .

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Étape 10.1

Prenez le logarithme naturel des deux côtés de l’équation pour retirer la variable de l’exposant.

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

Étape 10.2

Développez le côté gauche.

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Étape 10.2.1

Développez $\ln (e^{x^{2} + y})$ en déplaçant $x^{2} + y$ hors du logarithme.

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

Étape 10.2.2

Le logarithme naturel de $e$ est $1$ .

$(x^{2} + y) \cdot 1 = \ln (C | u_{2} | e^{x^{2}})$

Étape 10.2.3

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

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

Étape 10.3

Développez le côté droit.

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Étape 10.3.1

Réécrivez $\ln (C | u_{2} | e^{x^{2}})$ comme $\ln (C | u_{2} |) + \ln (e^{x^{2}})$ .

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

Étape 10.3.2

Réécrivez $\ln (C | u_{2} |)$ comme $\ln (C) + \ln (| u_{2} |)$ .

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

Étape 10.3.3

Développez $\ln (e^{x^{2}})$ en déplaçant $x^{2}$ hors du logarithme.

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

Étape 10.3.4

Le logarithme naturel de $e$ est $1$ .

$x^{2} + y = \ln (C) + \ln (| u_{2} |) + x^{2} \cdot 1$

Étape 10.3.5

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

$x^{2} + y = \ln (C) + \ln (| u_{2} |) + x^{2}$

Étape 10.4

Simplifiez le côté droit.

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Étape 10.4.1

Utilisez la propriété du produit des logarithmes, $\log_{b} (x) + \log_{b} (y) = \log_{b} (x y)$ .

$x^{2} + y = \ln (C | u_{2} |) + x^{2}$

Étape 10.5

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

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Étape 10.5.1

Soustrayez $x^{2}$ des deux côtés de l’équation.

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

Étape 10.5.2

Associez les termes opposés dans $\ln (C | u_{2} |) + x^{2} - x^{2}$ .

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Étape 10.5.2.1

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

$y = \ln (C | u_{2} |) + 0$

Étape 10.5.2.2

Additionnez $\ln (C | u_{2} |)$ et $0$ .

$y = \ln (C | u_{2} |)$