微分積分例

$(4 x^{2} - y^{2}) d x - x y d y = 0$

ステップ 1

$M (x, y) = 4 x^{2} - y^{2}$ の時の $\frac{\partial M}{\partial y}$ を求めます。

タップして手順をさらに表示してください…

ステップ 1.1

$y$ に関して $M$ を微分します。

$\frac{\partial M}{\partial y} = \frac{d}{d y} [4 x^{2} - y^{2}]$

ステップ 1.2

微分します。

タップして手順をさらに表示してください…

ステップ 1.2.1

総和則では、 $4 x^{2} - y^{2}$ の $y$ に関する積分は $\frac{d}{d y} [4 x^{2}] + \frac{d}{d y} [- y^{2}]$ です。

$\frac{\partial M}{\partial y} = \frac{d}{d y} [4 x^{2}] + \frac{d}{d y} [- y^{2}]$

ステップ 1.2.2

$4 x^{2}$ は $y$ について定数なので、 $y$ について $4 x^{2}$ の微分係数は $0$ です。

$\frac{\partial M}{\partial y} = 0 + \frac{d}{d y} [- y^{2}]$

ステップ 1.3

$\frac{d}{d y} [- y^{2}]$ の値を求めます。

タップして手順をさらに表示してください…

ステップ 1.3.1

$- 1$ は $y$ に対して定数なので、 $y$ に対する $- y^{2}$ の微分係数は $- \frac{d}{d y} [y^{2}]$ です。

$\frac{\partial M}{\partial y} = 0 - \frac{d}{d y} [y^{2}]$

ステップ 1.3.2

$n = 2$ のとき、 $\frac{d}{d y} [y^{n}]$ は $n y^{n - 1}$ であるというべき乗則を使って微分します。

$\frac{\partial M}{\partial y} = 0 - (2 y)$

ステップ 1.3.3

$2$ に $- 1$ をかけます。

$\frac{\partial M}{\partial y} = 0 - 2 y$

ステップ 1.4

$0$ から $2 y$ を引きます。

$\frac{\partial M}{\partial y} = - 2 y$

ステップ 2

$N (x, y) = - x y$ の時の $\frac{\partial N}{\partial x}$ を求めます。

タップして手順をさらに表示してください…

ステップ 2.1

$x$ に関して $N$ を微分します。

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

ステップ 2.2

$- y$ は $x$ に対して定数なので、 $x$ に対する $- x y$ の微分係数は $- y \frac{d}{d x} [x]$ です。

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

ステップ 2.3

$n = 1$ のとき、 $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ は $n x^{n - 1}$ であるというべき乗則を使って微分します。

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

ステップ 2.4

$- 1$ に $1$ をかけます。

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

ステップ 3

$\frac{\partial M}{\partial y} = \frac{\partial N}{\partial x}$ を確認します。

タップして手順をさらに表示してください…

ステップ 3.1

$- 2 y$ を $\frac{\partial M}{\partial y}$ に、 $- y$ を $\frac{\partial N}{\partial x}$ に代入します。

$- 2 y = - y$

ステップ 3.2

方程式の左辺が右辺に等しくないので、方程式は恒等式ではありません。

$- 2 y = - y$ は恒等式ではありません。

ステップ 4

積分因子 $μ (x, y) = e^{\int \frac{\frac{\partial M}{\partial y} - \frac{\partial N}{\partial x}}{N} d x}$ を求めます。

タップして手順をさらに表示してください…

ステップ 4.1

$- 2 y$ を $\frac{\partial M}{\partial y}$ に代入します。

$\frac{- 2 y - \frac{\partial N}{\partial x}}{N}$

ステップ 4.2

$- y$ を $\frac{\partial N}{\partial x}$ に代入します。

$\frac{- 2 y - - y}{N}$

ステップ 4.3

$- x y$ を $N$ に代入します。

タップして手順をさらに表示してください…

ステップ 4.3.1

$- x y$ を $N$ に代入します。

$\frac{- 2 y - - y}{- x y}$

ステップ 4.3.2

分子を簡約します。

タップして手順をさらに表示してください…

ステップ 4.3.2.1

$y$ を $- 2 y - - y$ で因数分解します。

タップして手順をさらに表示してください…

ステップ 4.3.2.1.1

$y$ を $- 2 y$ で因数分解します。

$\frac{y \cdot - 2 - - y}{- x y}$

ステップ 4.3.2.1.2

$y$ を $- - y$ で因数分解します。

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

ステップ 4.3.2.1.3

$y$ を $y \cdot - 2 + y (- - 1)$ で因数分解します。

$\frac{y (- 2 - - 1)}{- x y}$

ステップ 4.3.2.2

$- 1$ に $- 1$ をかけます。

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

ステップ 4.3.2.3

$- 2$ と $1$ をたし算します。

$\frac{y \cdot - 1}{- x y}$

ステップ 4.3.3

$y$ の共通因数を約分します。

タップして手順をさらに表示してください…

ステップ 4.3.3.1

共通因数を約分します。

$\frac{y \cdot - 1}{- x y}$

ステップ 4.3.3.2

式を書き換えます。

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

ステップ 4.3.4

2つの負の値を割ると正の値になります。

$\frac{1}{x}$

ステップ 4.4

積分因子 $μ (x, y) = e^{\int \frac{\frac{\partial M}{\partial y} - \frac{\partial N}{\partial x}}{N} d x}$ を求めます。

$μ (x, y) = e^{\int \frac{1}{x} d x}$

ステップ 5

積分 $e^{\int \frac{1}{x} d x}$ を求めます。

タップして手順をさらに表示してください…

ステップ 5.1

$\frac{1}{x}$ の $x$ に関する積分は $\ln (| x |)$ です。

$μ (x, y) = e^{\ln (| x |) + C}$

ステップ 5.2

答えを簡約します。

タップして手順をさらに表示してください…

ステップ 5.2.1

簡約します。

$μ (x, y) = e^{\ln (| x |)} + C$

ステップ 5.2.2

指数関数と対数関数は逆関数です。

$μ (x, y) = | x | + C$

ステップ 6

$(4 x^{2} - y^{2}) d x - x y d y = 0$ の両辺に積分因子 $x$ を掛けます。

タップして手順をさらに表示してください…

ステップ 6.1

$4 x^{2} - y^{2}$ に $x$ をかけます。

$(4 x^{2} - y^{2}) x d x - x y d y = 0$

ステップ 6.2

分配則を当てはめます。

$(4 x^{2} x - y^{2} x) d x - x y d y = 0$

ステップ 6.3

指数を足して $x^{2}$ に $x$ を掛けます。

タップして手順をさらに表示してください…

ステップ 6.3.1

$x$ を移動させます。

$(4 (x \cdot x^{2}) - y^{2} x) d x - x y d y = 0$

ステップ 6.3.2

$x$ に $x^{2}$ をかけます。

タップして手順をさらに表示してください…

ステップ 6.3.2.1

$x$ を $1$ 乗します。

$(4 (x^{1} x^{2}) - y^{2} x) d x - x y d y = 0$

ステップ 6.3.2.2

べき乗則 $a^{m} a^{n} = a^{m + n}$ を利用して指数を組み合わせます。

$(4 x^{1 + 2} - y^{2} x) d x - x y d y = 0$

ステップ 6.3.3

$1$ と $2$ をたし算します。

$(4 x^{3} - y^{2} x) d x - x y d y = 0$

ステップ 6.4

$- x y$ に $x$ をかけます。

$(4 x^{3} - y^{2} x) d x - x y x d y = 0$

ステップ 6.5

指数を足して $x$ に $x$ を掛けます。

タップして手順をさらに表示してください…

ステップ 6.5.1

$x$ を移動させます。

$(4 x^{3} - y^{2} x) d x - (x \cdot x) y d y = 0$

ステップ 6.5.2

$x$ に $x$ をかけます。

$(4 x^{3} - y^{2} x) d x - x^{2} y d y = 0$

ステップ 7

$f (x, y)$ は $N (x, y)$ の積分と等しいとします。

$f (x, y) = \int - x^{2} y d y$

ステップ 8

$N (x, y) = - x^{2} y$ を積分して $f (x, y)$ を求めます。

タップして手順をさらに表示してください…

ステップ 8.1

$- x^{2}$ は $y$ に対して定数なので、 $- x^{2}$ を積分の外に移動させます。

$f (x, y) = - x^{2} \int y d y$

ステップ 8.2

べき乗則では、 $y$ の $y$ に関する積分は $\frac{1}{2} y^{2}$ です。

$f (x, y) = - x^{2} (\frac{1}{2} y^{2} + C)$

ステップ 8.3

答えを簡約します。

タップして手順をさらに表示してください…

ステップ 8.3.1

$- x^{2} (\frac{1}{2} y^{2} + C)$ を $- x^{2} \frac{1}{2} y^{2} + C$ に書き換えます。

$f (x, y) = - x^{2} \frac{1}{2} y^{2} + C$

ステップ 8.3.2

簡約します。

タップして手順をさらに表示してください…

ステップ 8.3.2.1

$\frac{1}{2}$ と $x^{2}$ をまとめます。

$f (x, y) = - \frac{x^{2}}{2} y^{2} + C$

ステップ 8.3.2.2

$y^{2}$ と $\frac{x^{2}}{2}$ をまとめます。

$f (x, y) = - \frac{y^{2} x^{2}}{2} + C$

ステップ 8.3.3

簡約します。

タップして手順をさらに表示してください…

ステップ 8.3.3.1

項を並べ替えます。

$f (x, y) = - (\frac{1}{2} y^{2} x^{2}) + C$

ステップ 8.3.3.2

括弧を削除します。

$f (x, y) = - (\frac{1}{2} y^{2}) x^{2} + C$

ステップ 8.3.3.3

括弧を削除します。

$f (x, y) = - \frac{1}{2} y^{2} x^{2} + C$

ステップ 9

$g (x)$ の積分は積分定数を含むので、 $C$ を $g (x)$ で置き換えることができます。

$f (x, y) = - \frac{1}{2} y^{2} x^{2} + g (x)$

ステップ 10

$\frac{\partial f}{\partial x} = M (x, y)$ を設定します。

$\frac{\partial f}{\partial x} = 4 x^{3} - y^{2} x$

ステップ 11

$\frac{\partial f}{\partial x}$ を求めます。

タップして手順をさらに表示してください…

ステップ 11.1

$x$ に関して $f$ を微分します。

$\frac{d}{d x} [- \frac{1}{2} y^{2} x^{2} + g (x)] = 4 x^{3} - y^{2} x$

ステップ 11.2

総和則では、 $- \frac{1}{2} y^{2} x^{2} + g (x)$ の $x$ に関する積分は $\frac{d}{d x} [- \frac{1}{2} y^{2} x^{2}] + \frac{d}{d x} [g (x)]$ です。

$\frac{d}{d x} [- \frac{1}{2} y^{2} x^{2}] + \frac{d}{d x} [g (x)] = 4 x^{3} - y^{2} x$

ステップ 11.3

$\frac{d}{d x} [- \frac{1}{2} y^{2} x^{2}]$ の値を求めます。

タップして手順をさらに表示してください…

ステップ 11.3.1

$y^{2}$ と $\frac{1}{2}$ をまとめます。

$\frac{d}{d x} [- \frac{y^{2}}{2} x^{2}] + \frac{d}{d x} [g (x)] = 4 x^{3} - y^{2} x$

ステップ 11.3.2

$x^{2}$ と $\frac{y^{2}}{2}$ をまとめます。

$\frac{d}{d x} [- \frac{x^{2} y^{2}}{2}] + \frac{d}{d x} [g (x)] = 4 x^{3} - y^{2} x$

ステップ 11.3.3

$- \frac{y^{2}}{2}$ は $x$ に対して定数なので、 $x$ に対する $- \frac{x^{2} y^{2}}{2}$ の微分係数は $- \frac{y^{2}}{2} \frac{d}{d x} [x^{2}]$ です。

$- \frac{y^{2}}{2} \frac{d}{d x} [x^{2}] + \frac{d}{d x} [g (x)] = 4 x^{3} - y^{2} x$

ステップ 11.3.4

$n = 2$ のとき、 $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ は $n x^{n - 1}$ であるというべき乗則を使って微分します。

$- \frac{y^{2}}{2} (2 x) + \frac{d}{d x} [g (x)] = 4 x^{3} - y^{2} x$

ステップ 11.3.5

$2$ に $- 1$ をかけます。

$- 2 \frac{y^{2}}{2} x + \frac{d}{d x} [g (x)] = 4 x^{3} - y^{2} x$

ステップ 11.3.6

$- 2$ と $\frac{y^{2}}{2}$ をまとめます。

$\frac{- 2 y^{2}}{2} x + \frac{d}{d x} [g (x)] = 4 x^{3} - y^{2} x$

ステップ 11.3.7

$\frac{- 2 y^{2}}{2}$ と $x$ をまとめます。

$\frac{- 2 y^{2} x}{2} + \frac{d}{d x} [g (x)] = 4 x^{3} - y^{2} x$

ステップ 11.3.8

$- 2$ と $2$ の共通因数を約分します。

タップして手順をさらに表示してください…

ステップ 11.3.8.1

$2$ を $- 2 y^{2} x$ で因数分解します。

$\frac{2 (- y^{2} x)}{2} + \frac{d}{d x} [g (x)] = 4 x^{3} - y^{2} x$

ステップ 11.3.8.2

共通因数を約分します。

タップして手順をさらに表示してください…

ステップ 11.3.8.2.1

$2$ を $2$ で因数分解します。

$\frac{2 (- y^{2} x)}{2 (1)} + \frac{d}{d x} [g (x)] = 4 x^{3} - y^{2} x$

ステップ 11.3.8.2.2

共通因数を約分します。

$\frac{2 (- y^{2} x)}{2 \cdot 1} + \frac{d}{d x} [g (x)] = 4 x^{3} - y^{2} x$

ステップ 11.3.8.2.3

式を書き換えます。

$\frac{- y^{2} x}{1} + \frac{d}{d x} [g (x)] = 4 x^{3} - y^{2} x$

ステップ 11.3.8.2.4

$- y^{2} x$ を $1$ で割ります。

$- y^{2} x + \frac{d}{d x} [g (x)] = 4 x^{3} - y^{2} x$

ステップ 11.4

$g (x)$ の微分係数は $\frac{d g}{d x}$ であるという関数の規則を使って微分します。

$- y^{2} x + \frac{d g}{d x} = 4 x^{3} - y^{2} x$

ステップ 11.5

項を並べ替えます。

$\frac{d g}{d x} - y^{2} x = 4 x^{3} - y^{2} x$

ステップ 12

$\frac{d g}{d x}$ について解きます。

タップして手順をさらに表示してください…

ステップ 12.1

$\frac{d g}{d x}$ を含まないすべての項を方程式の右辺に移動させます。

タップして手順をさらに表示してください…

ステップ 12.1.1

方程式の両辺に $y^{2} x$ を足します。

$\frac{d g}{d x} = 4 x^{3} - y^{2} x + y^{2} x$

ステップ 12.1.2

$4 x^{3} - y^{2} x + y^{2} x$ の反対側の項を組み合わせます。

タップして手順をさらに表示してください…

ステップ 12.1.2.1

$- y^{2} x$ と $y^{2} x$ をたし算します。

$\frac{d g}{d x} = 4 x^{3} + 0$

ステップ 12.1.2.2

$4 x^{3}$ と $0$ をたし算します。

$\frac{d g}{d x} = 4 x^{3}$

ステップ 13

$4 x^{3}$ の不定積分を求めて $g (x)$ を求めます。

タップして手順をさらに表示してください…

ステップ 13.1

$\frac{d g}{d x} = 4 x^{3}$ の両辺を積分します。

$\int \frac{d g}{d x} d x = \int 4 x^{3} d x$

ステップ 13.2

$\int \frac{d g}{d x} d x$ の値を求めます。

$g (x) = \int 4 x^{3} d x$

ステップ 13.3

$4$ は $x$ に対して定数なので、 $4$ を積分の外に移動させます。

$g (x) = 4 \int x^{3} d x$

ステップ 13.4

べき乗則では、 $x^{3}$ の $x$ に関する積分は $\frac{1}{4} x^{4}$ です。

$g (x) = 4 (\frac{1}{4} x^{4} + C)$

ステップ 13.5

答えを簡約します。

タップして手順をさらに表示してください…

ステップ 13.5.1

$4 (\frac{1}{4} x^{4} + C)$ を $4 (\frac{1}{4}) x^{4} + C$ に書き換えます。

$g (x) = 4 (\frac{1}{4}) x^{4} + C$

ステップ 13.5.2

簡約します。

タップして手順をさらに表示してください…

ステップ 13.5.2.1

$4$ と $\frac{1}{4}$ をまとめます。

$g (x) = \frac{4}{4} x^{4} + C$

ステップ 13.5.2.2

$4$ の共通因数を約分します。

タップして手順をさらに表示してください…

ステップ 13.5.2.2.1

共通因数を約分します。

$g (x) = \frac{4}{4} x^{4} + C$

ステップ 13.5.2.2.2

式を書き換えます。

$g (x) = 1 x^{4} + C$

ステップ 13.5.2.3

$x^{4}$ に $1$ をかけます。

$g (x) = x^{4} + C$

ステップ 14

$f (x, y) = - \frac{1}{2} y^{2} x^{2} + g (x)$ の $g (x)$ に代入します。

$f (x, y) = - \frac{1}{2} y^{2} x^{2} + x^{4} + C$

ステップ 15

各項を簡約します。

タップして手順をさらに表示してください…

ステップ 15.1

$y^{2}$ と $\frac{1}{2}$ をまとめます。

$f (x, y) = - \frac{y^{2}}{2} x^{2} + x^{4} + C$

ステップ 15.2

$x^{2}$ と $\frac{y^{2}}{2}$ をまとめます。

$f (x, y) = - \frac{x^{2} y^{2}}{2} + x^{4} + C$

微分積分 例

微分積分例