Математический анализ Примеры

$(1 + y^{2}) d x + (x^{2} - 3 x + 2) d y = 0$

Этап 1

Вычтем $(1 + y^{2}) d x$ из обеих частей уравнения.

$(x^{2} - 3 x + 2) d y = - (1 + y^{2}) d x$

Этап 2

Умножим обе части на $\frac{1}{(x^{2} - 3 x + 2) (1 + y^{2})}$ .

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

Этап 3

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 3.1

Сократим общий множитель $x^{2} - 3 x + 2$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 3.1.1

Сократим общий множитель.

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

Этап 3.1.2

Перепишем это выражение.

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

Этап 3.2

Перепишем, используя свойство коммутативности умножения.

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

Этап 3.3

Сократим общий множитель $1 + y^{2}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 3.3.1

Перенесем стоящий впереди знак минуса в $- \frac{1}{(x^{2} - 3 x + 2) (1 + y^{2})}$ в числитель.

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

Этап 3.3.2

Вынесем множитель $1 + y^{2}$ из $(x^{2} - 3 x + 2) (1 + y^{2})$ .

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

Этап 3.3.3

Сократим общий множитель.

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

Этап 3.3.4

Перепишем это выражение.

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

Этап 3.4

Разложим $x^{2} - 3 x + 2$ на множители, используя метод группировки.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 3.4.1

Рассмотрим форму $x^{2} + b x + c$ . Найдем пару целых чисел, произведение которых равно $c$ , а сумма — $b$ . В данном случае произведение чисел равно $2$ , а сумма — $- 3$ .

$- 2, - 1$

Этап 3.4.2

Запишем разложение на множители, используя данные целые числа.

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

Этап 3.5

Вынесем знак минуса перед дробью.

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

Этап 4

Проинтегрируем обе части.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.1

Зададим интеграл на каждой стороне.

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

Этап 4.2

Проинтегрируем левую часть.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.2.1

Перепишем $1$ в виде $1^{2}$ .

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

Этап 4.2.2

Интеграл $\frac{1}{1^{2} + y^{2}}$ по $y$ имеет вид $\arctan (y) + C_{1}$ .

$\arctan (y) + C_{1} = \int - \frac{1}{(x - 2) (x - 1)} d x$

Этап 4.3

Проинтегрируем правую часть.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.3.1

Поскольку $- 1$ — константа по отношению к $x$ , вынесем $- 1$ из-под знака интеграла.

$\arctan (y) + C_{1} = - \int \frac{1}{(x - 2) (x - 1)} d x$

Этап 4.3.2

Запишем дробь, используя разложение на элементарные дроби.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.3.2.1

Разложим дробь и умножим на общий знаменатель.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.3.2.1.1

Для каждого множителя в знаменателе создадим новую дробь, используя множитель в качестве знаменателя, а неизвестное значение — в качестве числителя. Поскольку множитель в знаменателе линейный, поместим одну переменную на его место $A$ .

$\frac{A}{x - 2}$

Этап 4.3.2.1.2

$\frac{A}{x - 2} + \frac{B}{x - 1}$

Этап 4.3.2.1.3

Умножим каждую дробь в уравнении на знаменатель исходного выражения. В этом случае знаменатель равен $(x - 2) (x - 1)$ .

$\frac{1 (x - 2) (x - 1)}{(x - 2) (x - 1)} = \frac{(A) (x - 2) (x - 1)}{x - 2} + \frac{(B) (x - 2) (x - 1)}{x - 1}$

Этап 4.3.2.1.4

Сократим общий множитель $x - 2$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.3.2.1.4.1

Сократим общий множитель.

$\frac{1 (x - 2) (x - 1)}{(x - 2) (x - 1)} = \frac{(A) (x - 2) (x - 1)}{x - 2} + \frac{(B) (x - 2) (x - 1)}{x - 1}$

Этап 4.3.2.1.4.2

Перепишем это выражение.

$\frac{1 (x - 1)}{x - 1} = \frac{(A) (x - 2) (x - 1)}{x - 2} + \frac{(B) (x - 2) (x - 1)}{x - 1}$

Этап 4.3.2.1.5

Сократим общий множитель $x - 1$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.3.2.1.5.1

Сократим общий множитель.

$\frac{1 (x - 1)}{x - 1} = \frac{(A) (x - 2) (x - 1)}{x - 2} + \frac{(B) (x - 2) (x - 1)}{x - 1}$

Этап 4.3.2.1.5.2

Перепишем это выражение.

$1 = \frac{(A) (x - 2) (x - 1)}{x - 2} + \frac{(B) (x - 2) (x - 1)}{x - 1}$

Этап 4.3.2.1.6

Упростим каждый член.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.3.2.1.6.1

Сократим общий множитель $x - 2$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.3.2.1.6.1.1

Сократим общий множитель.

$1 = \frac{A (x - 2) (x - 1)}{x - 2} + \frac{(B) (x - 2) (x - 1)}{x - 1}$

Этап 4.3.2.1.6.1.2

Разделим $(A) (x - 1)$ на $1$ .

$1 = (A) (x - 1) + \frac{(B) (x - 2) (x - 1)}{x - 1}$

Этап 4.3.2.1.6.2

Применим свойство дистрибутивности.

$1 = A x + A \cdot - 1 + \frac{(B) (x - 2) (x - 1)}{x - 1}$

Этап 4.3.2.1.6.3

Перенесем $- 1$ влево от $A$ .

$1 = A x - 1 \cdot A + \frac{(B) (x - 2) (x - 1)}{x - 1}$

Этап 4.3.2.1.6.4

Перепишем $- 1 A$ в виде $- A$ .

$1 = A x - A + \frac{(B) (x - 2) (x - 1)}{x - 1}$

Этап 4.3.2.1.6.5

Сократим общий множитель $x - 1$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.3.2.1.6.5.1

Сократим общий множитель.

$1 = A x - A + \frac{(B) (x - 2) (x - 1)}{x - 1}$

Этап 4.3.2.1.6.5.2

Разделим $(B) (x - 2)$ на $1$ .

$1 = A x - A + (B) (x - 2)$

Этап 4.3.2.1.6.6

Применим свойство дистрибутивности.

$1 = A x - A + B x + B \cdot - 2$

Этап 4.3.2.1.6.7

Перенесем $- 2$ влево от $B$ .

$1 = A x - A + B x - 2 B$

Этап 4.3.2.1.7

Перенесем $- A$ .

$1 = A x + B x - A - 2 B$

Этап 4.3.2.2

Составим уравнения для переменных элементарной дроби и используем их для создания системы уравнений.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.3.2.2.1

Составим уравнение для переменных элементарной дроби, приравняв коэффициенты $x$ из каждой части уравнения. Чтобы уравнение было верным, эквивалентные коэффициенты в каждой части уравнения должны быть равны.

$0 = A + B$

Этап 4.3.2.2.2

Составим уравнение для переменных элементарной дроби, приравняв коэффициенты членов, не содержащих $x$ . Чтобы уравнение было верным, эквивалентные коэффициенты в каждой части уравнения должны быть равны.

$1 = - 1 A - 2 B$

Этап 4.3.2.2.3

Составим систему уравнений, чтобы найти коэффициенты элементарных дробей.

$0 = A + B$

$1 = - 1 A - 2 B$

$0 = A + B$

$1 = - 1 A - 2 B$

Этап 4.3.2.3

Решим систему уравнений.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.3.2.3.1

Решим относительно $A$ в $0 = A + B$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.3.2.3.1.1

Перепишем уравнение в виде $A + B = 0$ .

$A + B = 0$

$1 = - 1 A - 2 B$

Этап 4.3.2.3.1.2

Вычтем $B$ из обеих частей уравнения.

$A = - B$

$1 = - 1 A - 2 B$

$A = - B$

$1 = - 1 A - 2 B$

Этап 4.3.2.3.2

Заменим все вхождения $A$ на $- B$ во всех уравнениях.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.3.2.3.2.1

Заменим все вхождения $A$ в $1 = - 1 A - 2 B$ на $- B$ .

$1 = - 1 (- B) - 2 B$

$A = - B$

Этап 4.3.2.3.2.2

Упростим правую часть.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.3.2.3.2.2.1

Упростим $- 1 (- B) - 2 B$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.3.2.3.2.2.1.1

Умножим $- 1 (- B)$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.3.2.3.2.2.1.1.1

Умножим $- 1$ на $- 1$ .

$1 = 1 B - 2 B$

$A = - B$

Этап 4.3.2.3.2.2.1.1.2

Умножим $B$ на $1$ .

$1 = B - 2 B$

$A = - B$

$1 = B - 2 B$

$A = - B$

Этап 4.3.2.3.2.2.1.2

Вычтем $2 B$ из $B$ .

$1 = - B$

$A = - B$

$1 = - B$

$A = - B$

$1 = - B$

$A = - B$

$1 = - B$

$A = - B$

Этап 4.3.2.3.3

Решим относительно $B$ в $1 = - B$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.3.2.3.3.1

Перепишем уравнение в виде $- B = 1$ .

$- B = 1$

$A = - B$

Этап 4.3.2.3.3.2

Разделим каждый член $- B = 1$ на $- 1$ и упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.3.2.3.3.2.1

Разделим каждый член $- B = 1$ на $- 1$ .

$\frac{- B}{- 1} = \frac{1}{- 1}$

$A = - B$

Этап 4.3.2.3.3.2.2

Упростим левую часть.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.3.2.3.3.2.2.1

Деление двух отрицательных значений дает положительное значение.

$\frac{B}{1} = \frac{1}{- 1}$

$A = - B$

Этап 4.3.2.3.3.2.2.2

Разделим $B$ на $1$ .

$B = \frac{1}{- 1}$

$A = - B$

$B = \frac{1}{- 1}$

$A = - B$

Этап 4.3.2.3.3.2.3

Упростим правую часть.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.3.2.3.3.2.3.1

Разделим $1$ на $- 1$ .

$B = - 1$

$A = - B$

$B = - 1$

$A = - B$

$B = - 1$

$A = - B$

$B = - 1$

$A = - B$

Этап 4.3.2.3.4

Заменим все вхождения $B$ на $- 1$ во всех уравнениях.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.3.2.3.4.1

Заменим все вхождения $B$ в $A = - B$ на $- 1$ .

$A = - (- 1)$

$B = - 1$

Этап 4.3.2.3.4.2

Упростим правую часть.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.3.2.3.4.2.1

Умножим $- 1$ на $- 1$ .

$A = 1$

$B = - 1$

$A = 1$

$B = - 1$

$A = 1$

$B = - 1$

Этап 4.3.2.3.5

Перечислим все решения.

$A = 1, B = - 1$

Этап 4.3.2.4

Заменим каждый коэффициент элементарной дроби в $\frac{A}{x - 2} + \frac{B}{x - 1}$ значениями, найденными для $A$ и $B$ .

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

Этап 4.3.2.5

Вынесем знак минуса перед дробью.

$\arctan (y) + C_{1} = - \int \frac{1}{x - 2} - \frac{1}{x - 1} d x$

Этап 4.3.3

Разделим данный интеграл на несколько интегралов.

$\arctan (y) + C_{1} = - (\int \frac{1}{x - 2} d x + \int - \frac{1}{x - 1} d x)$

Этап 4.3.4

Пусть $u_{1} = x - 2$ . Тогда $d u_{1} = d x$ . Перепишем, используя $u_{1}$ и $d$ $u_{1}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.3.4.1

Пусть $u_{1} = x - 2$ . Найдем $\frac{d u_{1}}{d x}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.3.4.1.1

Дифференцируем $x - 2$ .

$\frac{d}{d x} [x - 2]$

Этап 4.3.4.1.2

По правилу суммы производная $x - 2$ по $x$ имеет вид $\frac{d}{d x} [x] + \frac{d}{d x} [- 2]$ .

$\frac{d}{d x} [x] + \frac{d}{d x} [- 2]$

Этап 4.3.4.1.3

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

$1 + \frac{d}{d x} [- 2]$

Этап 4.3.4.1.4

Поскольку $- 2$ является константой относительно $x$ , производная $- 2$ относительно $x$ равна $0$ .

$1 + 0$

Этап 4.3.4.1.5

Добавим $1$ и $0$ .

$1$

Этап 4.3.4.2

Переформулируем задачу с помощью $u_{1}$ и $d u_{1}$ .

$\arctan (y) + C_{1} = - (\int \frac{1}{u_{1}} d u_{1} + \int - \frac{1}{x - 1} d x)$

Этап 4.3.5

Интеграл $\frac{1}{u_{1}}$ по $u_{1}$ имеет вид $\ln (| u_{1} |)$ .

$\arctan (y) + C_{1} = - (\ln (| u_{1} |) + C_{2} + \int - \frac{1}{x - 1} d x)$

Этап 4.3.6

Поскольку $- 1$ — константа по отношению к $x$ , вынесем $- 1$ из-под знака интеграла.

$\arctan (y) + C_{1} = - (\ln (| u_{1} |) + C_{2} - \int \frac{1}{x - 1} d x)$

Этап 4.3.7

Пусть $u_{2} = x - 1$ . Тогда $d u_{2} = d x$ . Перепишем, используя $u_{2}$ и $d$ $u_{2}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.3.7.1

Пусть $u_{2} = x - 1$ . Найдем $\frac{d u_{2}}{d x}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.3.7.1.1

Дифференцируем $x - 1$ .

$\frac{d}{d x} [x - 1]$

Этап 4.3.7.1.2

По правилу суммы производная $x - 1$ по $x$ имеет вид $\frac{d}{d x} [x] + \frac{d}{d x} [- 1]$ .

$\frac{d}{d x} [x] + \frac{d}{d x} [- 1]$

Этап 4.3.7.1.3

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

$1 + \frac{d}{d x} [- 1]$

Этап 4.3.7.1.4

Поскольку $- 1$ является константой относительно $x$ , производная $- 1$ относительно $x$ равна $0$ .

$1 + 0$

Этап 4.3.7.1.5

Добавим $1$ и $0$ .

$1$

Этап 4.3.7.2

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

$\arctan (y) + C_{1} = - (\ln (| u_{1} |) + C_{2} - \int \frac{1}{u_{2}} d u_{2})$

Этап 4.3.8

Интеграл $\frac{1}{u_{2}}$ по $u_{2}$ имеет вид $\ln (| u_{2} |)$ .

$\arctan (y) + C_{1} = - (\ln (| u_{1} |) + C_{2} - (\ln (| u_{2} |) + C_{3}))$

Этап 4.3.9

Упростим.

$\arctan (y) + C_{1} = - \ln (\frac{| u_{1} |}{| u_{2} |}) + C_{4}$

Этап 4.3.10

Выполним обратную подстановку для каждой подставленной переменной интегрирования.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.3.10.1

Заменим все вхождения $u_{1}$ на $x - 2$ .

$\arctan (y) + C_{1} = - \ln (\frac{| x - 2 |}{| u_{2} |}) + C_{4}$

Этап 4.3.10.2

Заменим все вхождения $u_{2}$ на $x - 1$ .

$\arctan (y) + C_{1} = - \ln (\frac{| x - 2 |}{| x - 1 |}) + C_{4}$

Этап 4.4

Сгруппируем постоянную интегрирования в правой части как $C$ .

$\arctan (y) = - \ln (\frac{| x - 2 |}{| x - 1 |}) + C$

Этап 5

Возьмем обратную арктангенса обеих частей уравнения, чтобы извлечь $y$ из арктангенса.

$y = \tan (- \ln (\frac{| x - 2 |}{| x - 1 |}) + C)$