Математический анализ Примеры

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

Этап 1

Интегрирующий множитель определяется по формуле $e^{\int P (x) d x}$ , где $P (x) = 3 x^{2}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.1

Зададим интегрирование.

$e^{\int 3 x^{2} d x}$

Этап 1.2

Проинтегрируем $3 x^{2}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.2.1

Поскольку $3$ — константа по отношению к $x$ , вынесем $3$ из-под знака интеграла.

$e^{3 \int x^{2} d x}$

Этап 1.2.2

По правилу степени интеграл $x^{2}$ по $x$ имеет вид $\frac{1}{3} x^{3}$ .

$e^{3 (\frac{1}{3} x^{3} + C)}$

Этап 1.2.3

Упростим ответ.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.2.3.1

Перепишем $3 (\frac{1}{3} x^{3} + C)$ в виде $3 (\frac{1}{3}) x^{3} + C$ .

$e^{3 (\frac{1}{3}) x^{3} + C}$

Этап 1.2.3.2

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.2.3.2.1

Объединим $3$ и $\frac{1}{3}$ .

$e^{\frac{3}{3} x^{3} + C}$

Этап 1.2.3.2.2

Сократим общий множитель $3$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.2.3.2.2.1

Сократим общий множитель.

$e^{\frac{3}{3} x^{3} + C}$

Этап 1.2.3.2.2.2

Перепишем это выражение.

$e^{1 x^{3} + C}$

Этап 1.2.3.2.3

Умножим $x^{3}$ на $1$ .

$e^{x^{3} + C}$

Этап 1.3

Уберем постоянную интегрирования.

$e^{x^{3}}$

Этап 2

Умножим каждый член на интегрирующий множитель $e^{x^{3}}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.1

Умножим каждый член на $e^{x^{3}}$ .

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

Этап 2.2

Перепишем, используя свойство коммутативности умножения.

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

Этап 2.3

Изменим порядок множителей в $e^{x^{3}} \frac{d y}{d x} + 3 e^{x^{3}} (x^{2} y) = e^{x^{3}} x^{2}$ .

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

Этап 3

Перепишем левую часть как результат дифференцирования произведения.

$\frac{d}{d x} [e^{x^{3}} y] = x^{2} e^{x^{3}}$

Этап 4

Зададим интеграл на каждой стороне.

$\int \frac{d}{d x} [e^{x^{3}} y] d x = \int x^{2} e^{x^{3}} d x$

Этап 5

Проинтегрируем левую часть.

$e^{x^{3}} y = \int x^{2} e^{x^{3}} d x$

Этап 6

Проинтегрируем правую часть.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 6.1

Пусть $u_{2} = e^{x^{3}}$ . Тогда $d u_{2} = 3 x^{2} e^{x^{3}} d x$ , следовательно $\frac{1}{3} d u_{2} = x^{2} e^{x^{3}} d x$ . Перепишем, используя $u_{2}$ и $d$ $u_{2}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 6.1.1

Пусть $u_{2} = e^{x^{3}}$ . Найдем $\frac{d u_{2}}{d x}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 6.1.1.1

Дифференцируем $e^{x^{3}}$ .

$\frac{d}{d x} [e^{x^{3}}]$

Этап 6.1.1.2

Продифференцируем, используя цепное правило (правило дифференцирования сложной функции), которое гласит, что $\frac{d}{d x} [f (g (x))]$ имеет вид $f' (g (x)) g' (x)$ , где $f (x) = e^{x}$ и $g (x) = x^{3}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 6.1.1.2.1

Чтобы применить цепное правило, зададим $u_{1}$ как $x^{3}$ .

$\frac{d}{d u_{1}} [e^{u_{1}}] \frac{d}{d x} [x^{3}]$

Этап 6.1.1.2.2

Продифференцируем, используя правило экспоненты, которое гласит, что $\frac{d}{d u_{1}} [a^{u_{1}}]$ имеет вид $a^{u_{1}} \ln (a)$ , где $a$ = $e$ .

$e^{u_{1}} \frac{d}{d x} [x^{3}]$

Этап 6.1.1.2.3

Заменим все вхождения $u_{1}$ на $x^{3}$ .

$e^{x^{3}} \frac{d}{d x} [x^{3}]$

Этап 6.1.1.3

Продифференцируем, используя правило степени, которое гласит, что $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ имеет вид $n x^{n - 1}$ , где $n = 3$ .

$e^{x^{3}} (3 x^{2})$

Этап 6.1.1.4

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 6.1.1.4.1

Изменим порядок множителей в $e^{x^{3}} (3 x^{2})$ .

$3 e^{x^{3}} x^{2}$

Этап 6.1.1.4.2

Изменим порядок множителей в $3 e^{x^{3}} x^{2}$ .

$3 x^{2} e^{x^{3}}$

Этап 6.1.2

Переформулируем задачу с помощью $u_{2}$ и $d u_{2}$ .

$e^{x^{3}} y = \int \frac{1}{3} d u_{2}$

Этап 6.2

Применим правило дифференцирования постоянных функций.

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

Этап 6.3

Заменим все вхождения $u_{2}$ на $e^{x^{3}}$ .

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

Этап 7

Разделим каждый член $e^{x^{3}} y = \frac{1}{3} e^{x^{3}} + C$ на $e^{x^{3}}$ и упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 7.1

Разделим каждый член $e^{x^{3}} y = \frac{1}{3} e^{x^{3}} + C$ на $e^{x^{3}}$ .

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

Этап 7.2

Упростим левую часть.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 7.2.1

Сократим общий множитель $e^{x^{3}}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 7.2.1.1

Сократим общий множитель.

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

Этап 7.2.1.2

Разделим $y$ на $1$ .

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

Этап 7.3

Упростим правую часть.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 7.3.1

Сократим общий множитель $e^{x^{3}}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 7.3.1.1

Сократим общий множитель.

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

Этап 7.3.1.2

Разделим $\frac{1}{3}$ на $1$ .

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