Математический анализ Примеры

Решите Дифференциальное Уравнение (dy)/(dtheta)+e^(y-theta)=3e^(y-theta)
Этап 1
Пусть . Подставим вместо для всех.
Этап 2
Найдем , дифференцируя .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 2.1
Продифференцируем, используя цепное правило (правило дифференцирования сложной функции), которое гласит, что имеет вид , где и .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 2.1.1
Чтобы применить цепное правило, зададим как .
Этап 2.1.2
Продифференцируем, используя правило экспоненты, которое гласит, что имеет вид , где =.
Этап 2.1.3
Заменим все вхождения на .
Этап 2.2
По правилу суммы производная по имеет вид .
Этап 2.3
Перепишем в виде .
Этап 2.4
Поскольку является константой относительно , производная по равна .
Этап 2.5
Продифференцируем, используя правило степени, которое гласит, что имеет вид , где .
Этап 2.6
Умножим на .
Этап 3
Подставим вместо .
Этап 4
Подставим производную обратно в дифференциальное уравнение.
Этап 5
Разделим переменные.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 5.1
Решим относительно .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 5.1.1
Перенесем все члены без в правую часть уравнения.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 5.1.1.1
Вычтем из обеих частей уравнения.
Этап 5.1.1.2
Вычтем из обеих частей уравнения.
Этап 5.1.1.3
Вычтем из .
Этап 5.1.2
Умножим обе части на .
Этап 5.1.3
Упростим.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 5.1.3.1
Упростим левую часть.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 5.1.3.1.1
Сократим общий множитель .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 5.1.3.1.1.1
Сократим общий множитель.
Этап 5.1.3.1.1.2
Перепишем это выражение.
Этап 5.1.3.2
Упростим правую часть.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 5.1.3.2.1
Упростим .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 5.1.3.2.1.1
Применим свойство дистрибутивности.
Этап 5.1.3.2.1.2
Умножим на , сложив экспоненты.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 5.1.3.2.1.2.1
Перенесем .
Этап 5.1.3.2.1.2.2
Умножим на .
Этап 5.1.3.2.1.3
Перепишем в виде .
Этап 5.2
Умножим обе части на .
Этап 5.3
Сократим общий множитель .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 5.3.1
Сократим общий множитель.
Этап 5.3.2
Перепишем это выражение.
Этап 5.4
Перепишем уравнение.
Этап 6
Проинтегрируем обе части.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 6.1
Зададим интеграл на каждой стороне.
Этап 6.2
Проинтегрируем левую часть.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 6.2.1
Запишем дробь, используя разложение на элементарные дроби.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 6.2.1.1
Разложим дробь и умножим на общий знаменатель.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 6.2.1.1.1
Вынесем множитель из .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 6.2.1.1.1.1
Вынесем множитель из .
Этап 6.2.1.1.1.2
Вынесем множитель из .
Этап 6.2.1.1.1.3
Вынесем множитель из .
Этап 6.2.1.1.2
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 .
Этап 6.2.1.1.3
Умножим каждую дробь в уравнении на знаменатель исходного выражения. В этом случае знаменатель равен .
Этап 6.2.1.1.4
Сократим общий множитель .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 6.2.1.1.4.1
Сократим общий множитель.
Этап 6.2.1.1.4.2
Перепишем это выражение.
Этап 6.2.1.1.5
Сократим общий множитель .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 6.2.1.1.5.1
Сократим общий множитель.
Этап 6.2.1.1.5.2
Перепишем это выражение.
Этап 6.2.1.1.6
Упростим каждый член.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 6.2.1.1.6.1
Сократим общий множитель .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 6.2.1.1.6.1.1
Сократим общий множитель.
Этап 6.2.1.1.6.1.2
Разделим на .
Этап 6.2.1.1.6.2
Применим свойство дистрибутивности.
Этап 6.2.1.1.6.3
Перепишем, используя свойство коммутативности умножения.
Этап 6.2.1.1.6.4
Перенесем влево от .
Этап 6.2.1.1.6.5
Перепишем в виде .
Этап 6.2.1.1.6.6
Сократим общий множитель .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 6.2.1.1.6.6.1
Сократим общий множитель.
Этап 6.2.1.1.6.6.2
Разделим на .
Этап 6.2.1.1.7
Упростим выражение.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 6.2.1.1.7.1
Перенесем .
Этап 6.2.1.1.7.2
Изменим порядок и .
Этап 6.2.1.1.7.3
Перенесем .
Этап 6.2.1.2
Составим уравнения для переменных элементарной дроби и используем их для создания системы уравнений.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 6.2.1.2.1
Составим уравнение для переменных элементарной дроби, приравняв коэффициенты из каждой части уравнения. Чтобы уравнение было верным, эквивалентные коэффициенты в каждой части уравнения должны быть равны.
Этап 6.2.1.2.2
Составим уравнение для переменных элементарной дроби, приравняв коэффициенты членов, не содержащих . Чтобы уравнение было верным, эквивалентные коэффициенты в каждой части уравнения должны быть равны.
Этап 6.2.1.2.3
Составим систему уравнений, чтобы найти коэффициенты элементарных дробей.
Этап 6.2.1.3
Решим систему уравнений.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 6.2.1.3.1
Решим относительно в .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 6.2.1.3.1.1
Перепишем уравнение в виде .
Этап 6.2.1.3.1.2
Разделим каждый член на и упростим.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 6.2.1.3.1.2.1
Разделим каждый член на .
Этап 6.2.1.3.1.2.2
Упростим левую часть.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 6.2.1.3.1.2.2.1
Деление двух отрицательных значений дает положительное значение.
Этап 6.2.1.3.1.2.2.2
Разделим на .
Этап 6.2.1.3.1.2.3
Упростим правую часть.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 6.2.1.3.1.2.3.1
Разделим на .
Этап 6.2.1.3.2
Заменим все вхождения на во всех уравнениях.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 6.2.1.3.2.1
Заменим все вхождения в на .
Этап 6.2.1.3.2.2
Упростим правую часть.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 6.2.1.3.2.2.1
Умножим на .
Этап 6.2.1.3.3
Решим относительно в .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 6.2.1.3.3.1
Перепишем уравнение в виде .
Этап 6.2.1.3.3.2
Добавим к обеим частям уравнения.
Этап 6.2.1.3.4
Решим систему уравнений.
Этап 6.2.1.3.5
Перечислим все решения.
Этап 6.2.1.4
Заменим каждый коэффициент элементарной дроби в значениями, найденными для и .
Этап 6.2.1.5
Вынесем знак минуса перед дробью.
Этап 6.2.2
Разделим данный интеграл на несколько интегралов.
Этап 6.2.3
Поскольку  — константа по отношению к , вынесем из-под знака интеграла.
Этап 6.2.4
Интеграл по имеет вид .
Этап 6.2.5
Поскольку  — константа по отношению к , вынесем из-под знака интеграла.
Этап 6.2.6
Пусть . Тогда , следовательно . Перепишем, используя и .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 6.2.6.1
Пусть . Найдем .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 6.2.6.1.1
Дифференцируем .
Этап 6.2.6.1.2
По правилу суммы производная по имеет вид .
Этап 6.2.6.1.3
Найдем значение .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 6.2.6.1.3.1
Поскольку является константой относительно , производная по равна .
Этап 6.2.6.1.3.2
Продифференцируем, используя правило степени, которое гласит, что имеет вид , где .
Этап 6.2.6.1.3.3
Умножим на .
Этап 6.2.6.1.4
Продифференцируем, используя правило константы.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 6.2.6.1.4.1
Поскольку является константой относительно , производная относительно равна .
Этап 6.2.6.1.4.2
Добавим и .
Этап 6.2.6.2
Переформулируем задачу с помощью и .
Этап 6.2.7
Упростим.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 6.2.7.1
Умножим на .
Этап 6.2.7.2
Перенесем влево от .
Этап 6.2.8
Поскольку  — константа по отношению к , вынесем из-под знака интеграла.
Этап 6.2.9
Упростим.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 6.2.9.1
Объединим и .
Этап 6.2.9.2
Сократим общий множитель .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 6.2.9.2.1
Сократим общий множитель.
Этап 6.2.9.2.2
Перепишем это выражение.
Этап 6.2.9.3
Умножим на .
Этап 6.2.10
Интеграл по имеет вид .
Этап 6.2.11
Упростим.
Этап 6.2.12
Изменим порядок членов.
Этап 6.3
Применим правило дифференцирования постоянных функций.
Этап 6.4
Сгруппируем постоянную интегрирования в правой части как .
Этап 7
Решим относительно .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 7.1
Используем формулу разности логарифмов с одинаковым основанием: .
Этап 7.2
Изменим порядок и .
Этап 7.3
Чтобы решить относительно , перепишем уравнение, используя свойства логарифмов.
Этап 7.4
Перепишем в экспоненциальной форме, используя определение логарифма. Если и  — положительные вещественные числа и , то эквивалентно .
Этап 7.5
Решим относительно .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 7.5.1
Перепишем уравнение в виде .
Этап 7.5.2
Умножим обе части на .
Этап 7.5.3
Упростим левую часть.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 7.5.3.1
Сократим общий множитель .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 7.5.3.1.1
Сократим общий множитель.
Этап 7.5.3.1.2
Перепишем это выражение.
Этап 7.5.4
Решим относительно .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 7.5.4.1
Перепишем уравнение в виде .
Этап 7.5.4.2
Разделим каждый член на и упростим.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 7.5.4.2.1
Разделим каждый член на .
Этап 7.5.4.2.2
Упростим левую часть.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 7.5.4.2.2.1
Сократим общий множитель .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 7.5.4.2.2.1.1
Сократим общий множитель.
Этап 7.5.4.2.2.1.2
Разделим на .
Этап 7.5.4.3
Избавимся от знаков модуля. В правой части уравнения возникнет знак , поскольку .
Этап 8
Сгруппируем постоянные члены.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 8.1
Изменим порядок членов.
Этап 8.2
Перепишем в виде .
Этап 8.3
Изменим порядок и .
Этап 9
Заменим все вхождения на .
Этап 10
Решим относительно .
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 10.1
Возьмем натуральный логарифм обеих частей уравнения, чтобы удалить переменную из показателя степени.
Этап 10.2
Развернем левую часть.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 10.2.1
Развернем , вынося из логарифма.
Этап 10.2.2
Натуральный логарифм равен .
Этап 10.2.3
Умножим на .
Этап 10.3
Применим правило степени для объединения показателей.
Этап 10.4
Добавим к обеим частям уравнения.
Этап 11
Сгруппируем постоянные члены.
Нажмите для увеличения количества этапов...
Этап 11.1
Изменим порядок членов.
Этап 11.2
Перепишем в виде .
Этап 11.3
Изменим порядок и .