Математический анализ Примеры

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

Этап 1

Вычтем $2 x y d x$ из обеих частей уравнения.

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

Этап 2

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

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

Этап 3

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 3.1

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

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 3.1.1

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

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

Этап 3.1.2

Сократим общий множитель.

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

Этап 3.1.3

Перепишем это выражение.

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

Этап 3.2

Перепишем, используя свойство коммутативности умножения.

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

Этап 3.3

Объединим $- 2$ и $\frac{1}{(x^{2} + 1) y}$ .

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

Этап 3.4

Сократим общий множитель $y$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 3.4.1

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

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

Этап 3.4.2

Вынесем множитель $y$ из $x y$ .

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

Этап 3.4.3

Сократим общий множитель.

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

Этап 3.4.4

Перепишем это выражение.

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

Этап 3.5

Объединим $\frac{- 2}{x^{2} + 1}$ и $x$ .

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

Этап 3.6

Вынесем знак минуса перед дробью.

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

Этап 4

Проинтегрируем обе части.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.1

Зададим интеграл на каждой стороне.

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

Этап 4.2

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

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

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.

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

Этап 4.3.2

Поскольку $2$ — константа по отношению к $x$ , вынесем $2$ из-под знака интеграла.

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

Этап 4.3.3

Умножим $2$ на $- 1$ .

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

Этап 4.3.4

Пусть $u = x^{2} + 1$ . Тогда $d u = 2 x d x$ , следовательно $\frac{1}{2} d u = x d x$ . Перепишем, используя $u$ и $d$ $u$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.3.4.1

Пусть $u = x^{2} + 1$ . Найдем $\frac{d u}{d x}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.3.4.1.1

Дифференцируем $x^{2} + 1$ .

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

Этап 4.3.4.1.2

По правилу суммы производная $x^{2} + 1$ по $x$ имеет вид $\frac{d}{d x} [x^{2}] + \frac{d}{d x} [1]$ .

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

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 $n = 2$ .

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

Этап 4.3.4.1.4

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

$2 x + 0$

Этап 4.3.4.1.5

Добавим $2 x$ и $0$ .

$2 x$

Этап 4.3.4.2

Переформулируем задачу с помощью $u$ и $d u$ .

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

Этап 4.3.5

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.3.5.1

Умножим $\frac{1}{u}$ на $\frac{1}{2}$ .

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

Этап 4.3.5.2

Перенесем $2$ влево от $u$ .

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

Этап 4.3.6

Поскольку $\frac{1}{2}$ — константа по отношению к $u$ , вынесем $\frac{1}{2}$ из-под знака интеграла.

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

Этап 4.3.7

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.3.7.1

Объединим $\frac{1}{2}$ и $- 2$ .

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

Этап 4.3.7.2

Сократим общий множитель $- 2$ и $2$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.3.7.2.1

Вынесем множитель $2$ из $- 2$ .

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

Этап 4.3.7.2.2

Сократим общие множители.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.3.7.2.2.1

Вынесем множитель $2$ из $2$ .

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

Этап 4.3.7.2.2.2

Сократим общий множитель.

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

Этап 4.3.7.2.2.3

Перепишем это выражение.

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

Этап 4.3.7.2.2.4

Разделим $- 1$ на $1$ .

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

Этап 4.3.8

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

$\ln (| y |) + C_{1} = - (\ln (| u |) + C_{2})$

Этап 4.3.9

Упростим.

$\ln (| y |) + C_{1} = - \ln (| u |) + C_{2}$

Этап 4.3.10

Заменим все вхождения $u$ на $x^{2} + 1$ .

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

Этап 4.4

Сгруппируем постоянную интегрирования в правой части как $C$ .

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

Этап 5

Решим относительно $y$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 5.1

Перенесем все члены с логарифмами в левую часть уравнения.

$\ln (| y |) + \ln (| x^{2} + 1 |) = C$

Этап 5.2

Используем свойства произведения логарифмов: $\log_{b} (x) + \log_{b} (y) = \log_{b} (x y)$ .

$\ln (| y | | x^{2} + 1 |) = C$

Этап 5.3

Для перемножения модулей следует перемножить члены внутри каждого модуля.

$\ln (| y (x^{2} + 1) |) = C$

Этап 5.4

Применим свойство дистрибутивности.

$\ln (| y x^{2} + y \cdot 1 |) = C$

Этап 5.5

Умножим $y$ на $1$ .

$\ln (| y x^{2} + y |) = C$

Этап 5.6

Чтобы решить относительно $y$ , перепишем уравнение, используя свойства логарифмов.

$e^{\ln (| y x^{2} + y |)} = e^{C}$

Этап 5.7

Перепишем $\ln (| y x^{2} + y |) = C$ в экспоненциальной форме, используя определение логарифма. Если $x$ и $b$ — положительные вещественные числа и $b \neq 1$ , то $\log_{b} (x) = y$ эквивалентно $b^{y} = x$ .

$e^{C} = | y x^{2} + y |$

Этап 5.8

Решим относительно $y$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 5.8.1

Перепишем уравнение в виде $| y x^{2} + y | = e^{C}$ .

$| y x^{2} + y | = e^{C}$

Этап 5.8.2

Избавимся от знаков модуля. В правой части уравнения возникнет знак $\pm$ , поскольку $| x | = \pm x$ .

$y x^{2} + y = \pm e^{C}$

Этап 5.8.3

Вынесем множитель $y$ из $y x^{2} + y$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 5.8.3.1

Вынесем множитель $y$ из $y x^{2}$ .

$y (x^{2}) + y = \pm e^{C}$

Этап 5.8.3.2

Возведем $y$ в степень $1$ .

$y (x^{2}) + y = \pm e^{C}$

Этап 5.8.3.3

Вынесем множитель $y$ из $y^{1}$ .

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

Этап 5.8.3.4

Вынесем множитель $y$ из $y (x^{2}) + y \cdot 1$ .

$y (x^{2} + 1) = \pm e^{C}$

Этап 5.8.4

Разделим каждый член $y (x^{2} + 1) = \pm e^{C}$ на $x^{2} + 1$ и упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 5.8.4.1

Разделим каждый член $y (x^{2} + 1) = \pm e^{C}$ на $x^{2} + 1$ .

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

Этап 5.8.4.2

Упростим левую часть.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 5.8.4.2.1

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

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 5.8.4.2.1.1

Сократим общий множитель.

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

Этап 5.8.4.2.1.2

Разделим $y$ на $1$ .

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

Этап 6

Упростим постоянную интегрирования.

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