Cálculo Exemplos

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

Etapa 1

Encontre $\frac{\partial M}{\partial y}$ em $M (x, y) = x y + y + y^{2}$ .

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Etapa 1.1

Diferencie $M$ em relação a $y$ .

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

Etapa 1.2

De acordo com a regra da soma, a derivada de $x y + y + y^{2}$ com relação a $y$ é $\frac{d}{d y} [x y] + \frac{d}{d y} [y] + \frac{d}{d y} [y^{2}]$ .

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

Etapa 1.3

Avalie $\frac{d}{d y} [x y]$ .

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Etapa 1.3.1

Como $x$ é constante em relação a $y$ , a derivada de $x y$ em relação a $y$ é $x \frac{d}{d y} [y]$ .

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

Etapa 1.3.2

Diferencie usando a regra da multiplicação de potências, que determina que $\frac{d}{d y} [y^{n}]$ é $n y^{n - 1}$ , em que $n = 1$ .

$\frac{\partial M}{\partial y} = x \cdot 1 + \frac{d}{d y} [y] + \frac{d}{d y} [y^{2}]$

Etapa 1.3.3

Multiplique $x$ por $1$ .

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

Etapa 1.4

Diferencie usando a regra da multiplicação de potências.

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Etapa 1.4.1

Diferencie usando a regra da multiplicação de potências, que determina que $\frac{d}{d y} [y^{n}]$ é $n y^{n - 1}$ , em que $n = 1$ .

$\frac{\partial M}{\partial y} = x + 1 + \frac{d}{d y} [y^{2}]$

Etapa 1.4.2

Diferencie usando a regra da multiplicação de potências, que determina que $\frac{d}{d y} [y^{n}]$ é $n y^{n - 1}$ , em que $n = 2$ .

$\frac{\partial M}{\partial y} = x + 1 + 2 y$

Etapa 1.4.3

Reordene os termos.

$\frac{\partial M}{\partial y} = x + 2 y + 1$

Etapa 2

Encontre $\frac{\partial N}{\partial x}$ em $N (x, y) = x + 2 y$ .

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Etapa 2.1

Diferencie $N$ em relação a $x$ .

$\frac{\partial N}{\partial x} = \frac{d}{d x} [x + 2 y]$

Etapa 2.2

De acordo com a regra da soma, a derivada de $x + 2 y$ com relação a $x$ é $\frac{d}{d x} [x] + \frac{d}{d x} [2 y]$ .

$\frac{\partial N}{\partial x} = \frac{d}{d x} [x] + \frac{d}{d x} [2 y]$

Etapa 2.3

Diferencie usando a regra da multiplicação de potências, que determina que $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ é $n x^{n - 1}$ , em que $n = 1$ .

$\frac{\partial N}{\partial x} = 1 + \frac{d}{d x} [2 y]$

Etapa 2.4

Como $2 y$ é constante em relação a $x$ , a derivada de $2 y$ em relação a $x$ é $0$ .

$\frac{\partial N}{\partial x} = 1 + 0$

Etapa 2.5

Some $1$ e $0$ .

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

Etapa 3

Verifique se $\frac{\partial M}{\partial y} = \frac{\partial N}{\partial x}$ .

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Etapa 3.1

Substitua $x + 2 y + 1$ por $\frac{\partial M}{\partial y}$ e $1$ por $\frac{\partial N}{\partial x}$ .

$x + 2 y + 1 = 1$

Etapa 3.2

O lado esquerdo não é igual ao direito. Portanto, a equação não é uma identidade.

$x + 2 y + 1 = 1$ não é uma identidade.

Etapa 4

Encontre o fator de integração $μ (x, y) = e^{\int \frac{\frac{\partial M}{\partial y} - \frac{\partial N}{\partial x}}{N} d x}$ .

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Etapa 4.1

Substitua $x + 2 y + 1$ por $\frac{\partial M}{\partial y}$ .

$\frac{x + 2 y + 1 - \frac{\partial N}{\partial x}}{N}$

Etapa 4.2

Substitua $1$ por $\frac{\partial N}{\partial x}$ .

$\frac{x + 2 y + 1 - 1}{N}$

Etapa 4.3

Substitua $x + 2 y$ por $N$ .

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Etapa 4.3.1

Substitua $x + 2 y$ por $N$ .

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

Etapa 4.3.2

Simplifique o numerador.

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Etapa 4.3.2.1

Subtraia $1$ de $1$ .

$\frac{x + 2 y + 0}{x + 2 y}$

Etapa 4.3.2.2

Some $x + 2 y$ e $0$ .

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

Etapa 4.3.3

Cancele o fator comum de $x + 2 y$ .

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Etapa 4.3.3.1

Cancele o fator comum.

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

Etapa 4.3.3.2

Reescreva a expressão.

$1$

Etapa 4.4

Encontre o fator de integração $μ (x, y) = e^{\int \frac{\frac{\partial M}{\partial y} - \frac{\partial N}{\partial x}}{N} d x}$ .

$μ (x, y) = e^{\int d x}$

Etapa 5

Avalie a integral $e^{\int d x}$ .

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Etapa 5.1

Aplique a regra da constante.

$μ (x, y) = e^{x + C}$

Etapa 5.2

Simplifique.

$μ (x, y) = e^{x} + C$

Etapa 6

Multiplique ambos os lados de $(x y + y + y^{2}) d x + (x + 2 y) d y = 0$ pelo fator de integração $e^{x}$ .

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Etapa 6.1

Multiplique $x y + y + y^{2}$ por $e^{x}$ .

$(x y + y + y^{2}) e^{x} d x + (x + 2 y) d y = 0$

Etapa 6.2

Aplique a propriedade distributiva.

$(x y e^{x} + y e^{x} + y^{2} e^{x}) d x + (x + 2 y) d y = 0$

Etapa 6.3

Multiplique $x + 2 y$ por $e^{x}$ .

$(x y e^{x} + y e^{x} + y^{2} e^{x}) d x + (x + 2 y) e^{x} d y = 0$

Etapa 6.4

Aplique a propriedade distributiva.

$(x y e^{x} + y e^{x} + y^{2} e^{x}) d x + (x e^{x} + 2 y e^{x}) d y = 0$

Etapa 7

A integral de $f (x, y)$ é $N (x, y)$ .

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

Etapa 8

Integre $N (x, y) = x e^{x} + 2 y e^{x}$ para encontrar $f (x, y)$ .

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Etapa 8.1

Divida a integral única em várias integrais.

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

Etapa 8.2

Aplique a regra da constante.

$f (x, y) = x e^{x} y + C + \int 2 y e^{x} d y$

Etapa 8.3

Como $2 e^{x}$ é constante com relação a $y$ , mova $2 e^{x}$ para fora da integral.

$f (x, y) = x e^{x} y + C + 2 e^{x} \int y d y$

Etapa 8.4

De acordo com a regra da multiplicação de potências, a integral de $y$ com relação a $y$ é $\frac{1}{2} y^{2}$ .

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

Etapa 8.5

Simplifique.

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

Etapa 8.6

Simplifique.

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Etapa 8.6.1

Combine $2$ e $\frac{1}{2}$ .

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

Etapa 8.6.2

Cancele o fator comum de $2$ .

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Etapa 8.6.2.1

Cancele o fator comum.

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

Etapa 8.6.2.2

Reescreva a expressão.

$f (x, y) = x e^{x} y + 1 e^{x} y^{2} + C$

Etapa 8.6.3

Multiplique $e^{x}$ por $1$ .

$f (x, y) = x e^{x} y + e^{x} y^{2} + C$

Etapa 9

Como a integral de $g (x)$ conterá uma constante de integração, podemos substituir $C$ por $g (x)$ .

$f (x, y) = x e^{x} y + e^{x} y^{2} + g (x)$

Etapa 10

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

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

Etapa 11

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

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Etapa 11.1

Diferencie $f$ em relação a $x$ .

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

Etapa 11.2

De acordo com a regra da soma, a derivada de $x e^{x} y + e^{x} y^{2} + g (x)$ com relação a $x$ é $\frac{d}{d x} [x e^{x} y] + \frac{d}{d x} [e^{x} y^{2}] + \frac{d}{d x} [g (x)]$ .

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

Etapa 11.3

Avalie $\frac{d}{d x} [x e^{x} y]$ .

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Etapa 11.3.1

Como $y$ é constante em relação a $x$ , a derivada de $x e^{x} y$ em relação a $x$ é $y \frac{d}{d x} [x e^{x}]$ .

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

Etapa 11.3.2

Diferencie usando a regra do produto, que determina que $\frac{d}{d x} [f (x) g (x)]$ é $f (x) \frac{d}{d x} [g (x)] + g (x) \frac{d}{d x} [f (x)]$ , em que $f (x) = x$ e $g (x) = e^{x}$ .

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

Etapa 11.3.3

Diferencie usando a regra exponencial, que determina que $\frac{d}{d x} [a^{x}]$ é $a^{x} \ln (a)$ , em que $a$ = $e$ .

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

Etapa 11.3.4

Diferencie usando a regra da multiplicação de potências, que determina que $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ é $n x^{n - 1}$ , em que $n = 1$ .

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

Etapa 11.3.5

Multiplique $e^{x}$ por $1$ .

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

Etapa 11.4

Avalie $\frac{d}{d x} [e^{x} y^{2}]$ .

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Etapa 11.4.1

Como $y^{2}$ é constante em relação a $x$ , a derivada de $e^{x} y^{2}$ em relação a $x$ é $y^{2} \frac{d}{d x} [e^{x}]$ .

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

Etapa 11.4.2

Diferencie usando a regra exponencial, que determina que $\frac{d}{d x} [a^{x}]$ é $a^{x} \ln (a)$ , em que $a$ = $e$ .

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

Etapa 11.5

Diferencie usando a regra da função que afirma que a derivada de $g (x)$ é $\frac{d g}{d x}$ .

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

Etapa 11.6

Simplifique.

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Etapa 11.6.1

Aplique a propriedade distributiva.

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

Etapa 11.6.2

Reordene os termos.

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

Etapa 11.6.3

Reordene os fatores em $\frac{d g}{d x} + e^{x} x y + e^{x} y + e^{x} y^{2}$ .

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

Etapa 12

Resolva $\frac{d g}{d x}$ .

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Etapa 12.1

Mova todos os termos que não contêm $\frac{d g}{d x}$ para o lado direito da equação.

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Etapa 12.1.1

Subtraia $x y e^{x}$ dos dois lados da equação.

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

Etapa 12.1.2

Subtraia $y e^{x}$ dos dois lados da equação.

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

Etapa 12.1.3

Subtraia $y^{2} e^{x}$ dos dois lados da equação.

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

Etapa 12.1.4

Combine os termos opostos em $x y e^{x} + y e^{x} + y^{2} e^{x} - x y e^{x} - y e^{x} - y^{2} e^{x}$ .

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Etapa 12.1.4.1

Subtraia $x y e^{x}$ de $x y e^{x}$ .

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

Etapa 12.1.4.2

Some $y e^{x} + y^{2} e^{x}$ e $0$ .

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

Etapa 12.1.4.3

Subtraia $y e^{x}$ de $y e^{x}$ .

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

Etapa 12.1.4.4

Some $y^{2} e^{x}$ e $0$ .

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

Etapa 12.1.4.5

Subtraia $y^{2} e^{x}$ de $y^{2} e^{x}$ .

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

Etapa 13

Encontre a antiderivada de $0$ para encontrar $g (x)$ .

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Etapa 13.1

Integre ambos os lados de $\frac{d g}{d x} = 0$ .

$\int \frac{d g}{d x} d x = \int 0 d x$

Etapa 13.2

Avalie $\int \frac{d g}{d x} d x$ .

$g (x) = \int 0 d x$

Etapa 13.3

A integral de $0$ com relação a $x$ é $0$ .

$g (x) = 0 + C$

Etapa 13.4

Some $0$ e $C$ .

$g (x) = C$

Etapa 14

Substitua por $g (x)$ em $f (x, y) = x e^{x} y + e^{x} y^{2} + g (x)$ .

$f (x, y) = x e^{x} y + e^{x} y^{2} + C$

Etapa 15

Reordene os fatores em $f (x, y) = x e^{x} y + e^{x} y^{2} + C$ .

$f (x, y) = x y e^{x} + y^{2} e^{x} + C$