Cálculo Exemplos

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

Etapa 1

Reescreva a equação diferencial como $\frac{d y}{d x} + M (x) y = Q (x)$ .

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Etapa 1.1

Divida cada termo em $x \frac{d y}{d x} - y = \frac{1}{x^{2}}$ por $x$ .

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

Etapa 1.2

Cancele o fator comum de $x$ .

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Etapa 1.2.1

Cancele o fator comum.

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

Etapa 1.2.2

Divida $\frac{d y}{d x}$ por $1$ .

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

Etapa 1.3

Fatore $y$ de $\frac{- y}{x}$ .

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

Etapa 1.4

Reordene $y$ e $\frac{- 1}{x}$ .

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

Etapa 2

O fator de integração é definido pela fórmula $e^{\int P (x) d x}$ , em que $P (x) = \frac{- 1}{x}$ .

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Etapa 2.1

Determine a integração.

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

Etapa 2.2

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

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Etapa 2.2.1

Divida a fração em diversas frações.

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

Etapa 2.2.2

Como $- 1$ é constante com relação a $x$ , mova $- 1$ para fora da integral.

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

Etapa 2.2.3

A integral de $\frac{1}{x}$ com relação a $x$ é $\ln (| x |)$ .

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

Etapa 2.2.4

Simplifique.

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

Etapa 2.3

Remova a constante de integração.

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

Etapa 2.4

Use a regra da multiplicação de potências logarítmica.

$e^{\ln (x^{- 1})}$

Etapa 2.5

Potenciação e logaritmo são funções inversas.

$x^{- 1}$

Etapa 2.6

Reescreva a expressão usando a regra do expoente negativo $b^{- n} = \frac{1}{b^{n}}$ .

$\frac{1}{x}$

Etapa 3

Multiplique cada termo pelo fator de integração $\frac{1}{x}$ .

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Etapa 3.1

Multiplique cada termo por $\frac{1}{x}$ .

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

Etapa 3.2

Simplifique cada termo.

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Etapa 3.2.1

Combine $\frac{1}{x}$ e $\frac{d y}{d x}$ .

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

Etapa 3.2.2

Mova o número negativo para a frente da fração.

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

Etapa 3.2.3

Reescreva usando a propriedade comutativa da multiplicação.

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

Etapa 3.2.4

Combine $\frac{1}{x}$ e $y$ .

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

Etapa 3.2.5

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

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Etapa 3.2.5.1

Multiplique $\frac{y}{x}$ por $\frac{1}{x}$ .

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

Etapa 3.2.5.2

Eleve $x$ à potência de $1$ .

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

Etapa 3.2.5.3

Eleve $x$ à potência de $1$ .

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

Etapa 3.2.5.4

Use a regra da multiplicação de potências $a^{m} a^{n} = a^{m + n}$ para combinar expoentes.

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

Etapa 3.2.5.5

Some $1$ e $1$ .

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

Etapa 3.3

Combine.

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

Etapa 3.4

Multiplique $x$ por $x$ .

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

Etapa 3.5

Multiplique $\frac{1}{x^{2}}$ por $1$ .

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

Etapa 3.6

Multiplique o numerador pelo inverso do denominador.

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

Etapa 3.7

Combine.

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

Etapa 3.8

Multiplique $x^{2}$ por $x^{2}$ somando os expoentes.

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Etapa 3.8.1

Use a regra da multiplicação de potências $a^{m} a^{n} = a^{m + n}$ para combinar expoentes.

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

Etapa 3.8.2

Some $2$ e $2$ .

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

Etapa 3.9

Multiplique $1$ por $1$ .

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

Etapa 4

Reescreva o lado esquerdo como resultado da diferenciação de um produto.

$\frac{d}{d x} [\frac{1}{x} y] = \frac{1}{x^{4}}$

Etapa 5

Determine uma integral de cada lado.

$\int \frac{d}{d x} [\frac{1}{x} y] d x = \int \frac{1}{x^{4}} d x$

Etapa 6

Integre o lado esquerdo.

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

Etapa 7

Integre o lado direito.

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Etapa 7.1

Aplique regras básicas de expoentes.

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Etapa 7.1.1

Mova $x^{4}$ para fora do denominador, elevando-o à $- 1$ potência.

$\frac{1}{x} y = \int {(x^{4})}^{- 1} d x$

Etapa 7.1.2

Multiplique os expoentes em ${(x^{4})}^{- 1}$ .

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Etapa 7.1.2.1

Aplique a regra da multiplicação de potências e multiplique os expoentes, ${(a^{m})}^{n} = a^{m n}$ .

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

Etapa 7.1.2.2

Multiplique $4$ por $- 1$ .

$\frac{1}{x} y = \int x^{- 4} d x$

Etapa 7.2

De acordo com a regra da multiplicação de potências, a integral de $x^{- 4}$ com relação a $x$ é $- \frac{1}{3} x^{- 3}$ .

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

Etapa 7.3

Simplifique a resposta.

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Etapa 7.3.1

Reescreva $- \frac{1}{3} x^{- 3} + C$ como $- \frac{1}{3} \cdot \frac{1}{x^{3}} + C$ .

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

Etapa 7.3.2

Simplifique.

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Etapa 7.3.2.1

Multiplique $\frac{1}{x^{3}}$ por $\frac{1}{3}$ .

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

Etapa 7.3.2.2

Mova $3$ para a esquerda de $x^{3}$ .

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

Etapa 8

Resolva $y$ .

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Etapa 8.1

Mova todos os termos que contêm variáveis para o lado esquerdo da equação.

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Etapa 8.1.1

Some $\frac{1}{3 x^{3}}$ aos dois lados da equação.

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

Etapa 8.1.2

Subtraia $C$ dos dois lados da equação.

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

Etapa 8.1.3

Combine $\frac{1}{x}$ e $y$ .

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

Etapa 8.2

Mova todos os termos que não contêm $y$ para o lado direito da equação.

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Etapa 8.2.1

Subtraia $\frac{1}{3 x^{3}}$ dos dois lados da equação.

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

Etapa 8.2.2

Some $C$ aos dois lados da equação.

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

Etapa 8.3

Multiplique os dois lados por $x$ .

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

Etapa 8.4

Simplifique.

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Etapa 8.4.1

Simplifique o lado esquerdo.

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Etapa 8.4.1.1

Cancele o fator comum de $x$ .

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Etapa 8.4.1.1.1

Cancele o fator comum.

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

Etapa 8.4.1.1.2

Reescreva a expressão.

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

Etapa 8.4.2

Simplifique o lado direito.

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Etapa 8.4.2.1

Simplifique $(- \frac{1}{3 x^{3}} + C) x$ .

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Etapa 8.4.2.1.1

Aplique a propriedade distributiva.

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

Etapa 8.4.2.1.2

Cancele o fator comum de $x$ .

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Etapa 8.4.2.1.2.1

Mova o negativo de maior ordem em $- \frac{1}{3 x^{3}}$ para o numerador.

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

Etapa 8.4.2.1.2.2

Fatore $x$ de $3 x^{3}$ .

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

Etapa 8.4.2.1.2.3

Cancele o fator comum.

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

Etapa 8.4.2.1.2.4

Reescreva a expressão.

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

Etapa 8.4.2.1.3

Simplifique a expressão.

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Etapa 8.4.2.1.3.1

Mova o número negativo para a frente da fração.

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

Etapa 8.4.2.1.3.2

Reordene $- \frac{1}{3 x^{2}}$ e $C x$ .

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