Calcul infinitésimal Exemples

$(3 x + y) d x - x d y = 0$

Étape 1

Déterminez $\frac{\partial M}{\partial y}$ où $M (x, y) = 3 x + y$ .

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Étape 1.1

Différenciez $M$ par rapport à $y$ .

$\frac{\partial M}{\partial y} = \frac{d}{d y} [3 x + y]$

Étape 1.2

Selon la règle de la somme, la dérivée de $3 x + y$ par rapport à $y$ est $\frac{d}{d y} [3 x] + \frac{d}{d y} [y]$ .

$\frac{\partial M}{\partial y} = \frac{d}{d y} [3 x] + \frac{d}{d y} [y]$

Étape 1.3

Comme $3 x$ est constant par rapport à $y$ , la dérivée de $3 x$ par rapport à $y$ est $0$ .

$\frac{\partial M}{\partial y} = 0 + \frac{d}{d y} [y]$

Étape 1.4

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

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

Étape 1.5

Additionnez $0$ et $1$ .

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

Étape 2

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

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Étape 2.1

Différenciez $N$ par rapport à $x$ .

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

Étape 2.2

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

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

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 $n = 1$ .

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

Étape 2.4

Multipliez $- 1$ par $1$ .

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

Étape 3

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

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Étape 3.1

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

$1 = - 1$

Étape 3.2

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 4

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

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Étape 4.1

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

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

Étape 4.2

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

$\frac{1 + 1}{N}$

Étape 4.3

Remplacez $N$ par $- x$ .

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Étape 4.3.1

Remplacez $N$ par $- x$ .

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

Étape 4.3.2

Additionnez $1$ et $1$ .

$\frac{2}{- x}$

Étape 4.3.3

Placez le signe moins devant la fraction.

$- \frac{2}{x}$

Étape 4.4

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 5

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

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Étape 5.1

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 5.2

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 5.3

Multipliez $2$ par $- 1$ .

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

Étape 5.4

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

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

Étape 5.5

Simplifiez

$μ (x, y) = e^{- 2 \ln (| x |)} + C$

Étape 5.6

Simplifiez chaque terme.

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Étape 5.6.1

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

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

Étape 5.6.2

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

$μ (x, y) = {| x |}^{- 2} + C$

Étape 5.6.3

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

$μ (x, y) = x^{- 2} + C$

Étape 5.6.4

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 6

Multipliez les deux côtés de $(3 x + y) d x - x d y = 0$ par le facteur d’intégration $\frac{1}{x^{2}}$ .

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Étape 6.1

Multipliez $3 x + y$ par $\frac{1}{x^{2}}$ .

$(3 x + y) \frac{1}{x^{2}} d x - x d y = 0$

Étape 6.2

Multipliez $3 x + y$ par $\frac{1}{x^{2}}$ .

$\frac{3 x + y}{x^{2}} d x - x d y = 0$

Étape 6.3

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

$\frac{3 x + y}{x^{2}} d x - x \frac{1}{x^{2}} d y = 0$

Étape 6.4

Annulez le facteur commun de $x$ .

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Étape 6.4.1

Factorisez $x$ à partir de $- x$ .

$\frac{3 x + y}{x^{2}} d x + x \cdot - 1 \frac{1}{x^{2}} d y = 0$

Étape 6.4.2

Factorisez $x$ à partir de $x^{2}$ .

$\frac{3 x + y}{x^{2}} d x + x \cdot - 1 \frac{1}{x \cdot x} d y = 0$

Étape 6.4.3

Annulez le facteur commun.

$\frac{3 x + y}{x^{2}} d x + x \cdot - 1 \frac{1}{x \cdot x} d y = 0$

Étape 6.4.4

Réécrivez l’expression.

$\frac{3 x + y}{x^{2}} d x - \frac{1}{x} d y = 0$

Étape 7

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

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

Étape 8

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

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Étape 8.1

Appliquez la règle de la constante.

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

Étape 8.2

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

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

Étape 9

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 10

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

$\frac{\partial f}{\partial x} = \frac{3 x + y}{x^{2}}$

Étape 11

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

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Étape 11.1

Différenciez $f$ par rapport à $x$ .

$\frac{d}{d x} [- \frac{y}{x} + g (x)] = \frac{3 x + y}{x^{2}}$

Étape 11.2

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

$\frac{d}{d x} [- \frac{y}{x}] + \frac{d}{d x} [g (x)] = \frac{3 x + y}{x^{2}}$

Étape 11.3

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

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Étape 11.3.1

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

$- y \frac{d}{d x} [\frac{1}{x}] + \frac{d}{d x} [g (x)] = \frac{3 x + y}{x^{2}}$

Étape 11.3.2

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

$- y \frac{d}{d x} [x^{- 1}] + \frac{d}{d x} [g (x)] = \frac{3 x + y}{x^{2}}$

Étape 11.3.3

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

$- y (- x^{- 2}) + \frac{d}{d x} [g (x)] = \frac{3 x + y}{x^{2}}$

Étape 11.3.4

Multipliez $- 1$ par $- 1$ .

$1 y x^{- 2} + \frac{d}{d x} [g (x)] = \frac{3 x + y}{x^{2}}$

Étape 11.3.5

Multipliez $y$ par $1$ .

$y x^{- 2} + \frac{d}{d x} [g (x)] = \frac{3 x + y}{x^{2}}$

Étape 11.4

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

$y x^{- 2} + \frac{d g}{d x} = \frac{3 x + y}{x^{2}}$

Étape 11.5

Simplifiez

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Étape 11.5.1

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

$y \frac{1}{x^{2}} + \frac{d g}{d x} = \frac{3 x + y}{x^{2}}$

Étape 11.5.2

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

$\frac{y}{x^{2}} + \frac{d g}{d x} = \frac{3 x + y}{x^{2}}$

Étape 11.5.3

Remettez les termes dans l’ordre.

$\frac{d g}{d x} + \frac{y}{x^{2}} = \frac{3 x + y}{x^{2}}$

Étape 12

Résolvez $\frac{d g}{d x}$ .

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Étape 12.1

Résolvez $\frac{d g}{d x}$ .

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Étape 12.1.1

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

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Étape 12.1.1.1

Soustrayez $\frac{3 x + y}{x^{2}}$ des deux côtés de l’équation.

$\frac{d g}{d x} + \frac{y}{x^{2}} - \frac{3 x + y}{x^{2}} = 0$

Étape 12.1.1.2

Associez les numérateurs sur le dénominateur commun.

$\frac{d g}{d x} + \frac{y - (3 x + y)}{x^{2}} = 0$

Étape 12.1.1.3

Simplifiez chaque terme.

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Étape 12.1.1.3.1

Appliquez la propriété distributive.

$\frac{d g}{d x} + \frac{y - (3 x) - y}{x^{2}} = 0$

Étape 12.1.1.3.2

Multipliez $3$ par $- 1$ .

$\frac{d g}{d x} + \frac{y - 3 x - y}{x^{2}} = 0$

Étape 12.1.1.4

Associez les termes opposés dans $y - 3 x - y$ .

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Étape 12.1.1.4.1

Soustrayez $y$ de $y$ .

$\frac{d g}{d x} + \frac{- 3 x + 0}{x^{2}} = 0$

Étape 12.1.1.4.2

Additionnez $- 3 x$ et $0$ .

$\frac{d g}{d x} + \frac{- 3 x}{x^{2}} = 0$

Étape 12.1.1.5

Simplifiez chaque terme.

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Étape 12.1.1.5.1

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

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Étape 12.1.1.5.1.1

Factorisez $x$ à partir de $- 3 x$ .

$\frac{d g}{d x} + \frac{x \cdot - 3}{x^{2}} = 0$

Étape 12.1.1.5.1.2

Annulez les facteurs communs.

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Étape 12.1.1.5.1.2.1

Factorisez $x$ à partir de $x^{2}$ .

$\frac{d g}{d x} + \frac{x \cdot - 3}{x \cdot x} = 0$

Étape 12.1.1.5.1.2.2

Annulez le facteur commun.

$\frac{d g}{d x} + \frac{x \cdot - 3}{x \cdot x} = 0$

Étape 12.1.1.5.1.2.3

Réécrivez l’expression.

$\frac{d g}{d x} + \frac{- 3}{x} = 0$

Étape 12.1.1.5.2

Placez le signe moins devant la fraction.

$\frac{d g}{d x} - \frac{3}{x} = 0$

Étape 12.1.2

Ajoutez $\frac{3}{x}$ aux deux côtés de l’équation.

$\frac{d g}{d x} = \frac{3}{x}$

Étape 13

Déterminez la primitive de $\frac{3}{x}$ afin de déterminer $g (x)$ .

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Étape 13.1

Intégrez les deux côtés de $\frac{d g}{d x} = \frac{3}{x}$ .

$\int \frac{d g}{d x} d x = \int \frac{3}{x} d x$

Étape 13.2

Évaluez $\int \frac{d g}{d x} d x$ .

$g (x) = \int \frac{3}{x} d x$

Étape 13.3

Comme $3$ est constant par rapport à $x$ , placez $3$ en dehors de l’intégrale.

$g (x) = 3 \int \frac{1}{x} d x$

Étape 13.4

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

$g (x) = 3 (\ln (| x |) + C)$

Étape 13.5

Simplifiez

$g (x) = 3 \ln (| x |) + C$

Étape 14

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

$f (x, y) = - \frac{y}{x} + 3 \ln (| x |) + C$

Étape 15

Simplifiez $3 \ln (| x |)$ en déplaçant $3$ dans le logarithme.

$f (x, y) = - \frac{y}{x} + \ln ({| x |}^{3}) + C$