Математический анализ Примеры

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

Этап 1

Перепишем дифференциальное уравнение в виде функции от $\frac{y}{x}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.1

Разделим $\frac{3 y^{2} + x y}{x^{2}}$ и упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.1.1

Разобьем дробь $\frac{3 y^{2} + x y}{x^{2}}$ на две дроби.

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

Этап 1.1.2

Сократим общий множитель $x$ и $x^{2}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.1.2.1

Вынесем множитель $x$ из $x y$ .

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

Этап 1.1.2.2

Сократим общие множители.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.1.2.2.1

Вынесем множитель $x$ из $x^{2}$ .

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

Этап 1.1.2.2.2

Сократим общий множитель.

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

Этап 1.1.2.2.3

Перепишем это выражение.

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

Этап 1.2

Вынесем множитель $\frac{y}{x}$ из $\frac{3 y^{2}}{x^{2}}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.2.1

Вынесем множитель $\frac{y}{x}$ из $\frac{3 y^{2}}{x^{2}}$ .

$\frac{d y}{d x} = \frac{y}{x} \cdot \frac{3 y}{x} + \frac{y}{x}$

Этап 1.2.2

Изменим порядок $\frac{y}{x}$ и $\frac{3 y}{x}$ .

$\frac{d y}{d x} = \frac{3 y}{x} \cdot \frac{y}{x} + \frac{y}{x}$

Этап 1.3

Вынесем множитель $\frac{y}{x}$ из $\frac{3 y}{x}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 1.3.1

Вынесем множитель $\frac{y}{x}$ из $\frac{3 y}{x}$ .

$\frac{d y}{d x} = \frac{y}{x} \cdot 3 \frac{y}{x} + \frac{y}{x}$

Этап 1.3.2

Изменим порядок $\frac{y}{x}$ и $3$ .

$\frac{d y}{d x} = 3 \cdot \frac{y}{x} \frac{y}{x} + \frac{y}{x}$

Этап 2

Пусть $V = \frac{y}{x}$ . Подставим $V$ вместо $\frac{y}{x}$ .

$\frac{d y}{d x} = 3 \cdot V \cdot V + V$

Этап 3

Решим $V = \frac{y}{x}$ относительно $y$ .

$y = V x$

Этап 4

Применим правило умножения, чтобы найти производную $y = V x$ по $x$ .

$\frac{d y}{d x} = x \frac{d V}{d x} + V$

Этап 5

Подставим $x \frac{d V}{d x} + V$ вместо $\frac{d y}{d x}$ .

$x \frac{d V}{d x} + V = 3 \cdot V \cdot V + V$

Этап 6

Решим подставленное дифференциальное уравнение.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 6.1

Разделим переменные.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 6.1.1

Решим относительно $\frac{d V}{d x}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 6.1.1.1

Умножим $V$ на $V$ , сложив экспоненты.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 6.1.1.1.1

Перенесем $V$ .

$x \frac{d V}{d x} + V = 3 \cdot (V \cdot V) + V$

Этап 6.1.1.1.2

Умножим $V$ на $V$ .

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

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

Этап 6.1.1.2

Перенесем все члены без $\frac{d V}{d x}$ в правую часть уравнения.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 6.1.1.2.1

Вычтем $V$ из обеих частей уравнения.

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

Этап 6.1.1.2.2

Объединим противоположные члены в $3 V^{2} + V - V$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 6.1.1.2.2.1

Вычтем $V$ из $V$ .

$x \frac{d V}{d x} = 3 V^{2} + 0$

Этап 6.1.1.2.2.2

Добавим $3 V^{2}$ и $0$ .

$x \frac{d V}{d x} = 3 V^{2}$

Этап 6.1.1.3

Разделим каждый член $x \frac{d V}{d x} = 3 V^{2}$ на $x$ и упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 6.1.1.3.1

Разделим каждый член $x \frac{d V}{d x} = 3 V^{2}$ на $x$ .

$\frac{x \frac{d V}{d x}}{x} = \frac{3 V^{2}}{x}$

Этап 6.1.1.3.2

Упростим левую часть.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 6.1.1.3.2.1

Сократим общий множитель $x$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 6.1.1.3.2.1.1

Сократим общий множитель.

$\frac{x \frac{d V}{d x}}{x} = \frac{3 V^{2}}{x}$

Этап 6.1.1.3.2.1.2

Разделим $\frac{d V}{d x}$ на $1$ .

$\frac{d V}{d x} = \frac{3 V^{2}}{x}$

Этап 6.1.2

Умножим обе части на $\frac{1}{V^{2}}$ .

$\frac{1}{V^{2}} \frac{d V}{d x} = \frac{1}{V^{2}} \cdot \frac{3 V^{2}}{x}$

Этап 6.1.3

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 6.1.3.1

Объединим.

$\frac{1}{V^{2}} \frac{d V}{d x} = \frac{1 (3 V^{2})}{V^{2} x}$

Этап 6.1.3.2

Сократим общий множитель $V^{2}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 6.1.3.2.1

Сократим общий множитель.

$\frac{1}{V^{2}} \frac{d V}{d x} = \frac{1 (3 V^{2})}{V^{2} x}$

Этап 6.1.3.2.2

Перепишем это выражение.

$\frac{1}{V^{2}} \frac{d V}{d x} = \frac{1 \cdot (3)}{x}$

Этап 6.1.3.3

Умножим $3$ на $1$ .

$\frac{1}{V^{2}} \frac{d V}{d x} = \frac{3}{x}$

Этап 6.1.4

Перепишем уравнение.

$\frac{1}{V^{2}} d V = \frac{3}{x} d x$

Этап 6.2

Проинтегрируем обе части.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 6.2.1

Зададим интеграл на каждой стороне.

$\int \frac{1}{V^{2}} d V = \int \frac{3}{x} d x$

Этап 6.2.2

Проинтегрируем левую часть.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 6.2.2.1

Применим основные правила для показателей степени.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 6.2.2.1.1

Вынесем $V^{2}$ из знаменателя, возведя в $- 1$ степень.

$\int {(V^{2})}^{- 1} d V = \int \frac{3}{x} d x$

Этап 6.2.2.1.2

Перемножим экспоненты в ${(V^{2})}^{- 1}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 6.2.2.1.2.1

Применим правило степени и перемножим показатели, ${(a^{m})}^{n} = a^{m n}$ .

$\int V^{2 \cdot - 1} d V = \int \frac{3}{x} d x$

Этап 6.2.2.1.2.2

Умножим $2$ на $- 1$ .

$\int V^{- 2} d V = \int \frac{3}{x} d x$

Этап 6.2.2.2

По правилу степени интеграл $V^{- 2}$ по $V$ имеет вид $- V^{- 1}$ .

$- V^{- 1} + C_{1} = \int \frac{3}{x} d x$

Этап 6.2.2.3

Перепишем $- V^{- 1} + C_{1}$ в виде $- \frac{1}{V} + C_{1}$ .

$- \frac{1}{V} + C_{1} = \int \frac{3}{x} d x$

Этап 6.2.3

Проинтегрируем правую часть.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 6.2.3.1

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

$- \frac{1}{V} + C_{1} = 3 \int \frac{1}{x} d x$

Этап 6.2.3.2

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

$- \frac{1}{V} + C_{1} = 3 (\ln (| x |) + C_{2})$

Этап 6.2.3.3

Упростим.

$- \frac{1}{V} + C_{1} = 3 \ln (| x |) + C_{2}$

Этап 6.2.4

Сгруппируем постоянную интегрирования в правой части как $C$ .

$- \frac{1}{V} = 3 \ln (| x |) + C$

Этап 6.3

Решим относительно $V$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 6.3.1

Упростим $3 \ln (| x |)$ путем переноса $3$ под логарифм.

$- \frac{1}{V} = \ln ({| x |}^{3}) + C$

Этап 6.3.2

Найдем НОК знаменателей членов уравнения.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 6.3.2.1

Нахождение НОЗ для списка значений — это то же самое, что найти НОК для знаменателей этих значений.

$V, 1, 1$

Этап 6.3.2.2

НОК единицы и любого выражения есть это выражение.

$V$

Этап 6.3.3

Каждый член в $- \frac{1}{V} = \ln ({| x |}^{3}) + C$ умножим на $V$ , чтобы убрать дроби.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 6.3.3.1

Умножим каждый член $- \frac{1}{V} = \ln ({| x |}^{3}) + C$ на $V$ .

$- \frac{1}{V} V = \ln ({| x |}^{3}) V + C V$

Этап 6.3.3.2

Упростим левую часть.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 6.3.3.2.1

Сократим общий множитель $V$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 6.3.3.2.1.1

Перенесем стоящий впереди знак минуса в $- \frac{1}{V}$ в числитель.

$\frac{- 1}{V} V = \ln ({| x |}^{3}) V + C V$

Этап 6.3.3.2.1.2

Сократим общий множитель.

$\frac{- 1}{V} V = \ln ({| x |}^{3}) V + C V$

Этап 6.3.3.2.1.3

Перепишем это выражение.

$- 1 = \ln ({| x |}^{3}) V + C V$

Этап 6.3.3.3

Упростим правую часть.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 6.3.3.3.1

Изменим порядок множителей в $\ln ({| x |}^{3}) V + C V$ .

$- 1 = V \ln ({| x |}^{3}) + C V$

Этап 6.3.4

Решим уравнение.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 6.3.4.1

Перепишем уравнение в виде $V \ln ({| x |}^{3}) + C V = - 1$ .

$V \ln ({| x |}^{3}) + C V = - 1$

Этап 6.3.4.2

Вынесем множитель $V$ из $V \ln ({| x |}^{3}) + C V$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 6.3.4.2.1

Вынесем множитель $V$ из $C V$ .

$V \ln ({| x |}^{3}) + V C = - 1$

Этап 6.3.4.2.2

Вынесем множитель $V$ из $V \ln ({| x |}^{3}) + V C$ .

$V (\ln ({| x |}^{3}) + C) = - 1$

Этап 6.3.4.3

Разделим каждый член $V (\ln ({| x |}^{3}) + C) = - 1$ на $\ln ({| x |}^{3}) + C$ и упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 6.3.4.3.1

Разделим каждый член $V (\ln ({| x |}^{3}) + C) = - 1$ на $\ln ({| x |}^{3}) + C$ .

$\frac{V (\ln ({| x |}^{3}) + C)}{\ln ({| x |}^{3}) + C} = \frac{- 1}{\ln ({| x |}^{3}) + C}$

Этап 6.3.4.3.2

Упростим левую часть.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 6.3.4.3.2.1

Сократим общий множитель $\ln ({| x |}^{3}) + C$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 6.3.4.3.2.1.1

Сократим общий множитель.

$\frac{V (\ln ({| x |}^{3}) + C)}{\ln ({| x |}^{3}) + C} = \frac{- 1}{\ln ({| x |}^{3}) + C}$

Этап 6.3.4.3.2.1.2

Разделим $V$ на $1$ .

$V = \frac{- 1}{\ln ({| x |}^{3}) + C}$

Этап 6.3.4.3.3

Упростим правую часть.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 6.3.4.3.3.1

Вынесем знак минуса перед дробью.

$V = - \frac{1}{\ln ({| x |}^{3}) + C}$

Этап 7

Подставим $\frac{y}{x}$ вместо $V$ .

$\frac{y}{x} = - \frac{1}{\ln ({| x |}^{3}) + C}$

Этап 8

Решим $\frac{y}{x} = - \frac{1}{\ln ({| x |}^{3}) + C}$ относительно $y$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 8.1

Умножим обе части на $x$ .

$\frac{y}{x} x = - \frac{1}{\ln ({| x |}^{3}) + C} x$

Этап 8.2

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 8.2.1

Упростим левую часть.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 8.2.1.1

Сократим общий множитель $x$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 8.2.1.1.1

Сократим общий множитель.

$\frac{y}{x} x = - \frac{1}{\ln ({| x |}^{3}) + C} x$

Этап 8.2.1.1.2

Перепишем это выражение.

$y = - \frac{1}{\ln ({| x |}^{3}) + C} x$

Этап 8.2.2

Упростим правую часть.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 8.2.2.1

Объединим $x$ и $\frac{1}{\ln ({| x |}^{3}) + C}$ .

$y = - \frac{x}{\ln ({| x |}^{3}) + C}$