微分積分例

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

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

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

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

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。

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

ステップ 1.2.2

$\frac{d y}{d x}$ を $1$ で割ります。

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

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 $x^{3}$ で因数分解します。

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

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。

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

ステップ 1.3.2.2

$x$ を $x^{1}$ で因数分解します。

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

ステップ 1.3.2.3

共通因数を約分します。

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

ステップ 1.3.2.4

式を書き換えます。

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

ステップ 1.3.2.5

$x^{2}$ を $1$ で割ります。

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

ステップ 1.4

$x$ 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 1.4.1

共通因数を約分します。

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

ステップ 1.4.2

$- 1$ を $1$ で割ります。

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

ステップ 1.5

$y$ を $\frac{2 y}{x}$ で因数分解します。

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

ステップ 1.6

$y$ と $\frac{2}{x}$ を並べ替えます。

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

ステップ 2

$P (x) = \frac{2}{x}$ 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。

$e^{\int \frac{2}{x} d x}$

ステップ 2.2

$\frac{2}{x}$ 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

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

$e^{2 \int \frac{1}{x} d x}$

ステップ 2.2.2

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

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

ステップ 2.2.3

簡約します。

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

ステップ 2.3

積分定数を削除します。

$e^{2 \ln (x)}$

ステップ 2.4

対数のべき乗則を利用します。

$e^{\ln (x^{2})}$

ステップ 2.5

指数関数と対数関数は逆関数です。

$x^{2}$

ステップ 3

各項に積分因数 $x^{2}$ 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 3.1

各項に $x^{2}$ を掛けます。

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

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

$\frac{2}{x}$ と $y$ をまとめます。

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

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 $x^{2}$ で因数分解します。

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

ステップ 3.2.2.2

共通因数を約分します。

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

ステップ 3.2.2.3

式を書き換えます。

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

ステップ 3.2.3

積の可換性を利用して書き換えます。

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

ステップ 3.3

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 3.3.1

指数を足して $x^{2}$ 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 3.3.1.1

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。

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

ステップ 3.3.1.2

$2$ と $2$ をたし算します。

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

ステップ 3.3.2

$- 1$ を $x^{2}$ の左に移動させます。

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

ステップ 3.3.3

$- 1 x^{2}$ を $- x^{2}$ に書き換えます。

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

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。

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

ステップ 5

各辺の積分を設定します。

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

ステップ 6

左辺を積分します。

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

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

単一積分を複数積分に分割します。

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

ステップ 7.2

べき乗則では、 $x^{4}$ の $x$ に関する積分は $\frac{1}{5} x^{5}$ です。

$x^{2} y = \frac{1}{5} x^{5} + C + \int - x^{2} d x$

ステップ 7.3

$- 1$ は $x$ に対して定数なので、 $- 1$ を積分の外に移動させます。

$x^{2} y = \frac{1}{5} x^{5} + C - \int x^{2} d x$

ステップ 7.4

べき乗則では、 $x^{2}$ の $x$ に関する積分は $\frac{1}{3} x^{3}$ です。

$x^{2} y = \frac{1}{5} x^{5} + C - (\frac{1}{3} x^{3} + C)$

ステップ 7.5

簡約します。

$x^{2} y = \frac{1}{5} x^{5} - \frac{1}{3} x^{3} + C$

ステップ 8

$x^{2} y = \frac{1}{5} x^{5} - \frac{1}{3} x^{3} + C$ の各項を $x^{2}$ 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

$x^{2} y = \frac{1}{5} x^{5} - \frac{1}{3} x^{3} + C$ の各項を $x^{2}$ で割ります。

$\frac{x^{2} y}{x^{2}} = \frac{\frac{1}{5} x^{5}}{x^{2}} + \frac{- \frac{1}{3} x^{3}}{x^{2}} + \frac{C}{x^{2}}$

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

$x^{2}$ 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 8.2.1.1

共通因数を約分します。

$\frac{x^{2} y}{x^{2}} = \frac{\frac{1}{5} x^{5}}{x^{2}} + \frac{- \frac{1}{3} x^{3}}{x^{2}} + \frac{C}{x^{2}}$

ステップ 8.2.1.2

$y$ を $1$ で割ります。

$y = \frac{\frac{1}{5} x^{5}}{x^{2}} + \frac{- \frac{1}{3} x^{3}}{x^{2}} + \frac{C}{x^{2}}$

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

$x^{5}$ と $x^{2}$ 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 8.3.1.1.1

$x^{2}$ を $\frac{1}{5} x^{5}$ で因数分解します。

$y = \frac{x^{2} (\frac{1}{5} x^{3})}{x^{2}} + \frac{- \frac{1}{3} x^{3}}{x^{2}} + \frac{C}{x^{2}}$

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。

$y = \frac{x^{2} (\frac{1}{5} x^{3})}{x^{2} \cdot 1} + \frac{- \frac{1}{3} x^{3}}{x^{2}} + \frac{C}{x^{2}}$

ステップ 8.3.1.1.2.2

共通因数を約分します。

$y = \frac{x^{2} (\frac{1}{5} x^{3})}{x^{2} \cdot 1} + \frac{- \frac{1}{3} x^{3}}{x^{2}} + \frac{C}{x^{2}}$

ステップ 8.3.1.1.2.3

式を書き換えます。

$y = \frac{\frac{1}{5} x^{3}}{1} + \frac{- \frac{1}{3} x^{3}}{x^{2}} + \frac{C}{x^{2}}$

ステップ 8.3.1.1.2.4

$\frac{1}{5} x^{3}$ を $1$ で割ります。

$y = \frac{1}{5} x^{3} + \frac{- \frac{1}{3} x^{3}}{x^{2}} + \frac{C}{x^{2}}$

ステップ 8.3.1.2

$\frac{1}{5}$ と $x^{3}$ をまとめます。

$y = \frac{x^{3}}{5} + \frac{- \frac{1}{3} x^{3}}{x^{2}} + \frac{C}{x^{2}}$

ステップ 8.3.1.3

$x^{3}$ と $x^{2}$ 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 8.3.1.3.1

$x^{2}$ を $- \frac{1}{3} x^{3}$ で因数分解します。

$y = \frac{x^{3}}{5} + \frac{x^{2} (- \frac{1}{3} x)}{x^{2}} + \frac{C}{x^{2}}$

ステップ 8.3.1.3.2

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 8.3.1.3.2.1

$1$ を掛けます。

$y = \frac{x^{3}}{5} + \frac{x^{2} (- \frac{1}{3} x)}{x^{2} \cdot 1} + \frac{C}{x^{2}}$

ステップ 8.3.1.3.2.2

共通因数を約分します。

$y = \frac{x^{3}}{5} + \frac{x^{2} (- \frac{1}{3} x)}{x^{2} \cdot 1} + \frac{C}{x^{2}}$

ステップ 8.3.1.3.2.3

式を書き換えます。

$y = \frac{x^{3}}{5} + \frac{- \frac{1}{3} x}{1} + \frac{C}{x^{2}}$

ステップ 8.3.1.3.2.4

$- \frac{1}{3} x$ を $1$ で割ります。

$y = \frac{x^{3}}{5} - \frac{1}{3} x + \frac{C}{x^{2}}$

ステップ 8.3.1.4

$x$ と $\frac{1}{3}$ をまとめます。

$y = \frac{x^{3}}{5} - \frac{x}{3} + \frac{C}{x^{2}}$

微分積分 例

微分積分例