Математический анализ Примеры

$y - x \frac{d y}{d x} = 9 x^{3}$

Этап 1

Перепишем дифференциальное уравнение в виде $\frac{d y}{d x} + M (x) y = Q (x)$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.1

Изменим порядок членов.

$- x \frac{d y}{d x} + y = 9 x^{3}$

Этап 1.2

Разделим каждый член $- x \frac{d y}{d x} + y = 9 x^{3}$ на $- x$ .

$\frac{- x \frac{d y}{d x}}{- x} + \frac{y}{- x} = \frac{9 x^{3}}{- x}$

Этап 1.3

Деление двух отрицательных значений дает положительное значение.

$\frac{x \frac{d y}{d x}}{x} + \frac{y}{- x} = \frac{9 x^{3}}{- x}$

Этап 1.4

Сократим общий множитель $x$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.4.1

Сократим общий множитель.

$\frac{x \frac{d y}{d x}}{x} + \frac{y}{- x} = \frac{9 x^{3}}{- x}$

Этап 1.4.2

Разделим $\frac{d y}{d x}$ на $1$ .

$\frac{d y}{d x} + \frac{y}{- x} = \frac{9 x^{3}}{- x}$

Этап 1.5

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

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.5.1

Вынесем множитель $x$ из $9 x^{3}$ .

$\frac{d y}{d x} + \frac{y}{- x} = \frac{x (9 x^{2})}{- x}$

Этап 1.5.2

Вынесем знак минуса из знаменателя $\frac{9 x^{2}}{- 1}$ .

$\frac{d y}{d x} + \frac{y}{- x} = - 1 \cdot (9 x^{2})$

Этап 1.6

Умножим $9$ на $- 1$ .

$\frac{d y}{d x} + \frac{y}{- x} = - 9 \cdot x^{2}$

Этап 1.7

Вынесем множитель $y$ из $\frac{y}{- x}$ .

$\frac{d y}{d x} + y \frac{1}{- x} = - 9 \cdot x^{2}$

Этап 1.8

Изменим порядок $y$ и $\frac{1}{- x}$ .

$\frac{d y}{d x} + \frac{1}{- x} y = - 9 \cdot x^{2}$

Этап 2

Интегрирующий множитель определяется по формуле $e^{\int P (x) d x}$ , где $P (x) = \frac{1}{- x}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.1

Зададим интегрирование.

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

Этап 2.2

Проинтегрируем $\frac{1}{- x}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.2.1

Сократим общий множитель $1$ и $- 1$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.2.1.1

Перепишем $1$ в виде $- 1 (- 1)$ .

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

Этап 2.2.1.2

Вынесем знак минуса перед дробью.

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

Этап 2.2.2

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

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

Этап 2.2.3

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

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

Этап 2.2.4

Упростим.

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

Этап 2.3

Уберем постоянную интегрирования.

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

Этап 2.4

Применим правило степени для логарифма.

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

Этап 2.5

Экспонента и логарифм являются обратными функциями.

$x^{- 1}$

Этап 2.6

Перепишем выражение, используя правило отрицательных степеней $b^{- n} = \frac{1}{b^{n}}$ .

$\frac{1}{x}$

Этап 3

Умножим каждый член на интегрирующий множитель $\frac{1}{x}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 3.1

Умножим каждый член на $\frac{1}{x}$ .

$\frac{1}{x} \frac{d y}{d x} + \frac{1}{x} (\frac{1}{- x} y) = \frac{1}{x} (- 9 \cdot x^{2})$

Этап 3.2

Упростим каждый член.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 3.2.1

Объединим $\frac{1}{x}$ и $\frac{d y}{d x}$ .

$\frac{\frac{d y}{d x}}{x} + \frac{1}{x} (\frac{1}{- x} y) = \frac{1}{x} (- 9 \cdot x^{2})$

Этап 3.2.2

Сократим общий множитель $1$ и $- 1$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 3.2.2.1

Перепишем $1$ в виде $- 1 (- 1)$ .

$\frac{\frac{d y}{d x}}{x} + \frac{1}{x} (\frac{- 1 (- 1)}{- x} y) = \frac{1}{x} (- 9 \cdot x^{2})$

Этап 3.2.2.2

Вынесем знак минуса перед дробью.

$\frac{\frac{d y}{d x}}{x} + \frac{1}{x} (- \frac{1}{x} y) = \frac{1}{x} (- 9 \cdot x^{2})$

Этап 3.2.3

Перепишем, используя свойство коммутативности умножения.

$\frac{\frac{d y}{d x}}{x} - \frac{1}{x} (\frac{1}{x} y) = \frac{1}{x} (- 9 \cdot x^{2})$

Этап 3.2.4

Объединим $\frac{1}{x}$ и $y$ .

$\frac{\frac{d y}{d x}}{x} - \frac{1}{x} \cdot \frac{y}{x} = \frac{1}{x} (- 9 \cdot x^{2})$

Этап 3.2.5

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

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 3.2.5.1

Умножим $\frac{y}{x}$ на $\frac{1}{x}$ .

$\frac{\frac{d y}{d x}}{x} - \frac{y}{x \cdot x} = \frac{1}{x} (- 9 \cdot x^{2})$

Этап 3.2.5.2

Возведем $x$ в степень $1$ .

$\frac{\frac{d y}{d x}}{x} - \frac{y}{x^{1} x} = \frac{1}{x} (- 9 \cdot x^{2})$

Этап 3.2.5.3

Возведем $x$ в степень $1$ .

$\frac{\frac{d y}{d x}}{x} - \frac{y}{x^{1} x^{1}} = \frac{1}{x} (- 9 \cdot x^{2})$

Этап 3.2.5.4

Применим правило степени $a^{m} a^{n} = a^{m + n}$ для объединения показателей.

$\frac{\frac{d y}{d x}}{x} - \frac{y}{x^{1 + 1}} = \frac{1}{x} (- 9 \cdot x^{2})$

Этап 3.2.5.5

Добавим $1$ и $1$ .

$\frac{\frac{d y}{d x}}{x} - \frac{y}{x^{2}} = \frac{1}{x} (- 9 \cdot x^{2})$

Этап 3.3

Перепишем, используя свойство коммутативности умножения.

$\frac{\frac{d y}{d x}}{x} - \frac{y}{x^{2}} = - 9 \frac{1}{x} x^{2}$

Этап 3.4

Объединим $- 9$ и $\frac{1}{x}$ .

$\frac{\frac{d y}{d x}}{x} - \frac{y}{x^{2}} = \frac{- 9}{x} x^{2}$

Этап 3.5

Сократим общий множитель $x$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 3.5.1

Вынесем множитель $x$ из $x^{2}$ .

$\frac{\frac{d y}{d x}}{x} - \frac{y}{x^{2}} = \frac{- 9}{x} (x \cdot x)$

Этап 3.5.2

Сократим общий множитель.

$\frac{\frac{d y}{d x}}{x} - \frac{y}{x^{2}} = \frac{- 9}{x} (x \cdot x)$

Этап 3.5.3

Перепишем это выражение.

$\frac{\frac{d y}{d x}}{x} - \frac{y}{x^{2}} = - 9 x$

Этап 4

Перепишем левую часть как результат дифференцирования произведения.

$\frac{d}{d x} [\frac{1}{x} y] = - 9 x$

Этап 5

Зададим интеграл на каждой стороне.

$\int \frac{d}{d x} [\frac{1}{x} y] d x = \int - 9 x d x$

Этап 6

Проинтегрируем левую часть.

$\frac{1}{x} y = \int - 9 x d x$

Этап 7

Проинтегрируем правую часть.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 7.1

Поскольку $- 9$ — константа по отношению к $x$ , вынесем $- 9$ из-под знака интеграла.

$\frac{1}{x} y = - 9 \int x d x$

Этап 7.2

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

$\frac{1}{x} y = - 9 (\frac{1}{2} x^{2} + C)$

Этап 7.3

Упростим ответ.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 7.3.1

Перепишем $- 9 (\frac{1}{2} x^{2} + C)$ в виде $- 9 (\frac{1}{2}) x^{2} + C$ .

$\frac{1}{x} y = - 9 (\frac{1}{2}) x^{2} + C$

Этап 7.3.2

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 7.3.2.1

Объединим $- 9$ и $\frac{1}{2}$ .

$\frac{1}{x} y = \frac{- 9}{2} x^{2} + C$

Этап 7.3.2.2

Вынесем знак минуса перед дробью.

$\frac{1}{x} y = - \frac{9}{2} x^{2} + C$

Этап 8

Решим относительно $y$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 8.1

Объединим $\frac{1}{x}$ и $y$ .

$\frac{y}{x} = - \frac{9}{2} x^{2} + C$

Этап 8.2

Упростим каждый член.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 8.2.1

Объединим $x^{2}$ и $\frac{9}{2}$ .

$\frac{y}{x} = - \frac{x^{2} \cdot 9}{2} + C$

Этап 8.2.2

Перенесем $9$ влево от $x^{2}$ .

$\frac{y}{x} = - \frac{9 x^{2}}{2} + C$

Этап 8.3

Умножим обе части на $x$ .

$\frac{y}{x} x = (- \frac{9 x^{2}}{2} + C) x$

Этап 8.4

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 8.4.1

Упростим левую часть.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 8.4.1.1

Сократим общий множитель $x$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 8.4.1.1.1

Сократим общий множитель.

$\frac{y}{x} x = (- \frac{9 x^{2}}{2} + C) x$

Этап 8.4.1.1.2

Перепишем это выражение.

$y = (- \frac{9 x^{2}}{2} + C) x$

Этап 8.4.2

Упростим правую часть.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 8.4.2.1

Упростим $(- \frac{9 x^{2}}{2} + C) x$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 8.4.2.1.1

Применим свойство дистрибутивности.

$y = - \frac{9 x^{2}}{2} x + C x$

Этап 8.4.2.1.2

Умножим $- \frac{9 x^{2}}{2} x$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 8.4.2.1.2.1

Объединим $x$ и $\frac{9 x^{2}}{2}$ .

$y = - \frac{x (9 x^{2})}{2} + C x$

Этап 8.4.2.1.2.2

Возведем $x$ в степень $1$ .

$y = - \frac{9 (x^{1} x^{2})}{2} + C x$

Этап 8.4.2.1.2.3

Применим правило степени $a^{m} a^{n} = a^{m + n}$ для объединения показателей.

$y = - \frac{9 x^{1 + 2}}{2} + C x$

Этап 8.4.2.1.2.4

Добавим $1$ и $2$ .

$y = - \frac{9 x^{3}}{2} + C x$