微分積分例

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

ステップ 1

微分方程式を $\frac{d y}{d x} + M (x) y = Q (x)$ として書き換えます。

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

$x \frac{d y}{d x} + 4 y = 2 x^{3}$ の各項を $x$ で割ります。

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

ステップ 1.2

$x$ 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 1.2.1

共通因数を約分します。

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

ステップ 1.2.2

$\frac{d y}{d x}$ を $1$ で割ります。

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

ステップ 1.3

$x^{3}$ と $x$ 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 1.3.1

$x$ を $2 x^{3}$ で因数分解します。

$\frac{d y}{d x} + \frac{4 y}{x} = \frac{x (2 x^{2})}{x}$

ステップ 1.3.2

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 1.3.2.1

$x$ を $1$ 乗します。

$\frac{d y}{d x} + \frac{4 y}{x} = \frac{x (2 x^{2})}{x^{1}}$

ステップ 1.3.2.2

$x$ を $x^{1}$ で因数分解します。

$\frac{d y}{d x} + \frac{4 y}{x} = \frac{x (2 x^{2})}{x \cdot 1}$

ステップ 1.3.2.3

共通因数を約分します。

$\frac{d y}{d x} + \frac{4 y}{x} = \frac{x (2 x^{2})}{x \cdot 1}$

ステップ 1.3.2.4

式を書き換えます。

$\frac{d y}{d x} + \frac{4 y}{x} = \frac{2 x^{2}}{1}$

ステップ 1.3.2.5

$2 x^{2}$ を $1$ で割ります。

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

ステップ 1.4

$y$ を $\frac{4 y}{x}$ で因数分解します。

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

ステップ 1.5

$y$ と $\frac{4}{x}$ を並べ替えます。

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

ステップ 2

$P (x) = \frac{4}{x}$ のとき、積分因数は公式 $e^{\int P (x) d x}$ で定義されます。

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

積分を設定します。

$e^{\int \frac{4}{x} d x}$

ステップ 2.2

$\frac{4}{x}$ を積分します。

タップして手順をさらに表示してください…

ステップ 2.2.1

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

$e^{4 \int \frac{1}{x} d x}$

ステップ 2.2.2

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

$e^{4 (\ln (| x |) + C)}$

ステップ 2.2.3

簡約します。

$e^{4 \ln (| x |) + C}$

ステップ 2.3

積分定数を削除します。

$e^{4 \ln (x)}$

ステップ 2.4

対数のべき乗則を利用します。

$e^{\ln (x^{4})}$

ステップ 2.5

指数関数と対数関数は逆関数です。

$x^{4}$

ステップ 3

各項に積分因数 $x^{4}$ 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 3.1

各項に $x^{4}$ を掛けます。

$x^{4} \frac{d y}{d x} + x^{4} (\frac{4}{x} y) = x^{4} (2 x^{2})$

ステップ 3.2

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 3.2.1

$\frac{4}{x}$ と $y$ をまとめます。

$x^{4} \frac{d y}{d x} + x^{4} \frac{4 y}{x} = x^{4} (2 x^{2})$

ステップ 3.2.2

$x$ 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 3.2.2.1

$x$ を $x^{4}$ で因数分解します。

$x^{4} \frac{d y}{d x} + x \cdot x^{3} \frac{4 y}{x} = x^{4} (2 x^{2})$

ステップ 3.2.2.2

共通因数を約分します。

$x^{4} \frac{d y}{d x} + x \cdot x^{3} \frac{4 y}{x} = x^{4} (2 x^{2})$

ステップ 3.2.2.3

式を書き換えます。

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

ステップ 3.2.3

積の可換性を利用して書き換えます。

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

ステップ 3.3

積の可換性を利用して書き換えます。

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

ステップ 3.4

指数を足して $x^{4}$ に $x^{2}$ 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 3.4.1

$x^{2}$ を移動させます。

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

ステップ 3.4.2

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。

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

ステップ 3.4.3

$2$ と $4$ をたし算します。

$x^{4} \frac{d y}{d x} + 4 x^{3} y = 2 x^{6}$

ステップ 4

左辺を積を微分した結果として書き換えます。

$\frac{d}{d x} [x^{4} y] = 2 x^{6}$

ステップ 5

各辺の積分を設定します。

$\int \frac{d}{d x} [x^{4} y] d x = \int 2 x^{6} d x$

ステップ 6

左辺を積分します。

$x^{4} y = \int 2 x^{6} d x$

ステップ 7

右辺を積分します。

タップして手順をさらに表示してください…

ステップ 7.1

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

$x^{4} y = 2 \int x^{6} d x$

ステップ 7.2

べき乗則では、 $x^{6}$ の $x$ に関する積分は $\frac{1}{7} x^{7}$ です。

$x^{4} y = 2 (\frac{1}{7} x^{7} + C)$

ステップ 7.3

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 7.3.1

$2 (\frac{1}{7} x^{7} + C)$ を $2 (\frac{1}{7}) x^{7} + C$ に書き換えます。

$x^{4} y = 2 (\frac{1}{7}) x^{7} + C$

ステップ 7.3.2

$2$ と $\frac{1}{7}$ をまとめます。

$x^{4} y = \frac{2}{7} x^{7} + C$

ステップ 8

$x^{4} y = \frac{2}{7} x^{7} + C$ の各項を $x^{4}$ で割り、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 8.1

$x^{4} y = \frac{2}{7} x^{7} + C$ の各項を $x^{4}$ で割ります。

$\frac{x^{4} y}{x^{4}} = \frac{\frac{2}{7} x^{7}}{x^{4}} + \frac{C}{x^{4}}$

ステップ 8.2

左辺を簡約します。

タップして手順をさらに表示してください…

ステップ 8.2.1

$x^{4}$ 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 8.2.1.1

共通因数を約分します。

$\frac{x^{4} y}{x^{4}} = \frac{\frac{2}{7} x^{7}}{x^{4}} + \frac{C}{x^{4}}$

ステップ 8.2.1.2

$y$ を $1$ で割ります。

$y = \frac{\frac{2}{7} x^{7}}{x^{4}} + \frac{C}{x^{4}}$

ステップ 8.3

右辺を簡約します。

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

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 8.3.1.1

$x^{7}$ と $x^{4}$ 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 8.3.1.1.1

$x^{4}$ を $\frac{2}{7} x^{7}$ で因数分解します。

$y = \frac{x^{4} (\frac{2}{7} x^{3})}{x^{4}} + \frac{C}{x^{4}}$

ステップ 8.3.1.1.2

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 8.3.1.1.2.1

$1$ を掛けます。

$y = \frac{x^{4} (\frac{2}{7} x^{3})}{x^{4} \cdot 1} + \frac{C}{x^{4}}$

ステップ 8.3.1.1.2.2

共通因数を約分します。

$y = \frac{x^{4} (\frac{2}{7} x^{3})}{x^{4} \cdot 1} + \frac{C}{x^{4}}$

ステップ 8.3.1.1.2.3

式を書き換えます。

$y = \frac{\frac{2}{7} x^{3}}{1} + \frac{C}{x^{4}}$

ステップ 8.3.1.1.2.4

$\frac{2}{7} x^{3}$ を $1$ で割ります。

$y = \frac{2}{7} x^{3} + \frac{C}{x^{4}}$

ステップ 8.3.1.2

$\frac{2}{7}$ と $x^{3}$ をまとめます。

$y = \frac{2 x^{3}}{7} + \frac{C}{x^{4}}$

微分積分 例

微分積分例