Cálculo Exemplos

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

Etapa 1

Subtraia $y$ dos dois lados da equação.

$\frac{d y}{d x} - y = 4 x$

Etapa 2

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

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Etapa 2.1

Determine a integração.

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

Etapa 2.2

Aplique a regra da constante.

$e^{- x + C}$

Etapa 2.3

Remova a constante de integração.

$e^{- x}$

Etapa 3

Multiplique cada termo pelo fator de integração $e^{- x}$ .

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Etapa 3.1

Multiplique cada termo por $e^{- x}$ .

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

Etapa 3.2

Reescreva usando a propriedade comutativa da multiplicação.

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

Etapa 3.3

Reescreva usando a propriedade comutativa da multiplicação.

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

Etapa 3.4

Reordene os fatores em $e^{- x} \frac{d y}{d x} - e^{- x} y = 4 e^{- x} x$ .

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

Etapa 4

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

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

Etapa 5

Determine uma integral de cada lado.

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

Etapa 6

Integre o lado esquerdo.

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

Etapa 7

Integre o lado direito.

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Etapa 7.1

Como $4$ é constante com relação a $x$ , mova $4$ para fora da integral.

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

Etapa 7.2

Integre por partes usando a fórmula $\int u d v = u v - \int v d u$ , em que $u = x$ e $d v = e^{- x}$ .

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

Etapa 7.3

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

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

Etapa 7.4

Simplifique.

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Etapa 7.4.1

Multiplique $- 1$ por $- 1$ .

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

Etapa 7.4.2

Multiplique $\int e^{- x} d x$ por $1$ .

$e^{- x} y = 4 (x (- e^{- x}) + \int e^{- x} d x)$

Etapa 7.5

Deixe $u = - x$ . Depois, $d u = - d x$ , então, $- d u = d x$ . Reescreva usando $u$ e $d$ $u$ .

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Etapa 7.5.1

Deixe $u = - x$ . Encontre $\frac{d u}{d x}$ .

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Etapa 7.5.1.1

Diferencie $- x$ .

$\frac{d}{d x} [- x]$

Etapa 7.5.1.2

Como $- 1$ é constante em relação a $x$ , a derivada de $- x$ em relação a $x$ é $- \frac{d}{d x} [x]$ .

$- \frac{d}{d x} [x]$

Etapa 7.5.1.3

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

$- 1 \cdot 1$

Etapa 7.5.1.4

Multiplique $- 1$ por $1$ .

$- 1$

Etapa 7.5.2

Reescreva o problema usando $u$ e $d u$ .

$e^{- x} y = 4 (x (- e^{- x}) + \int - e^{u} d u)$

Etapa 7.6

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

$e^{- x} y = 4 (x (- e^{- x}) - \int e^{u} d u)$

Etapa 7.7

A integral de $e^{u}$ com relação a $u$ é $e^{u}$ .

$e^{- x} y = 4 (x (- e^{- x}) - (e^{u} + C))$

Etapa 7.8

Reescreva $4 (x (- e^{- x}) - (e^{u} + C))$ como $4 (- x e^{- x} - e^{u}) + C$ .

$e^{- x} y = 4 (- x e^{- x} - e^{u}) + C$

Etapa 7.9

Substitua todas as ocorrências de $u$ por $- x$ .

$e^{- x} y = 4 (- x e^{- x} - e^{- x}) + C$

Etapa 8

Divida cada termo em $e^{- x} y = 4 (- x e^{- x} - e^{- x}) + C$ por $e^{- x}$ e simplifique.

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Etapa 8.1

Divida cada termo em $e^{- x} y = 4 (- x e^{- x} - e^{- x}) + C$ por $e^{- x}$ .

$\frac{e^{- x} y}{e^{- x}} = \frac{4 (- x e^{- x} - e^{- x})}{e^{- x}} + \frac{C}{e^{- x}}$

Etapa 8.2

Simplifique o lado esquerdo.

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Etapa 8.2.1

Cancele o fator comum de $e^{- x}$ .

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Etapa 8.2.1.1

Cancele o fator comum.

$\frac{e^{- x} y}{e^{- x}} = \frac{4 (- x e^{- x} - e^{- x})}{e^{- x}} + \frac{C}{e^{- x}}$

Etapa 8.2.1.2

Divida $y$ por $1$ .

$y = \frac{4 (- x e^{- x} - e^{- x})}{e^{- x}} + \frac{C}{e^{- x}}$

Etapa 8.3

Simplifique o lado direito.

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Etapa 8.3.1

Combine os numeradores em relação ao denominador comum.

$y = \frac{4 (- x e^{- x} - e^{- x}) + C}{e^{- x}}$

Etapa 8.3.2

Simplifique o numerador.

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Etapa 8.3.2.1

Aplique a propriedade distributiva.

$y = \frac{4 (- x e^{- x}) + 4 (- e^{- x}) + C}{e^{- x}}$

Etapa 8.3.2.2

Multiplique $- 1$ por $4$ .

$y = \frac{- 4 (x e^{- x}) + 4 (- e^{- x}) + C}{e^{- x}}$

Etapa 8.3.2.3

Multiplique $- 1$ por $4$ .

$y = \frac{- 4 x e^{- x} - 4 e^{- x} + C}{e^{- x}}$

Etapa 8.3.3

Simplifique com fatoração.

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Etapa 8.3.3.1

Fatore $- 1$ de $- 4 x e^{- x}$ .

$y = \frac{- (4 x e^{- x}) - 4 e^{- x} + C}{e^{- x}}$

Etapa 8.3.3.2

Fatore $- 1$ de $- 4 e^{- x}$ .

$y = \frac{- (4 x e^{- x}) - (4 e^{- x}) + C}{e^{- x}}$

Etapa 8.3.3.3

Fatore $- 1$ de $- (4 x e^{- x}) - (4 e^{- x})$ .

$y = \frac{- (4 x e^{- x} + 4 e^{- x}) + C}{e^{- x}}$

Etapa 8.3.3.4

Fatore $- 1$ de $C$ .

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

Etapa 8.3.3.5

Fatore $- 1$ de $- (4 x e^{- x} + 4 e^{- x}) - 1 (- C)$ .

$y = \frac{- (4 x e^{- x} + 4 e^{- x} - C)}{e^{- x}}$

Etapa 8.3.3.6

Simplifique a expressão.

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Etapa 8.3.3.6.1

Reescreva $- (4 x e^{- x} + 4 e^{- x} - C)$ como $- 1 (4 x e^{- x} + 4 e^{- x} - C)$ .

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

Etapa 8.3.3.6.2

Mova o número negativo para a frente da fração.

$y = - \frac{4 x e^{- x} + 4 e^{- x} - C}{e^{- x}}$