Математический анализ Примеры

$\frac{d y}{d x} = 4 x - y$

Этап 1

Добавим $y$ к обеим частям уравнения.

$\frac{d y}{d x} + y = 4 x$

Этап 2

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

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.1

Зададим интегрирование.

$e^{\int d x}$

Этап 2.2

Применим правило дифференцирования постоянных функций.

$e^{x + C}$

Этап 2.3

Уберем постоянную интегрирования.

$e^{x}$

Этап 3

Умножим каждый член на интегрирующий множитель $e^{x}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 3.1

Умножим каждый член на $e^{x}$ .

$e^{x} \frac{d y}{d x} + e^{x} y = e^{x} (4 x)$

Этап 3.2

Перепишем, используя свойство коммутативности умножения.

$e^{x} \frac{d y}{d x} + e^{x} y = 4 e^{x} x$

Этап 3.3

Изменим порядок множителей в $e^{x} \frac{d y}{d x} + e^{x} y = 4 e^{x} x$ .

$e^{x} \frac{d y}{d x} + y e^{x} = 4 x e^{x}$

Этап 4

Перепишем левую часть как результат дифференцирования произведения.

$\frac{d}{d x} [e^{x} y] = 4 x e^{x}$

Этап 5

Зададим интеграл на каждой стороне.

$\int \frac{d}{d x} [e^{x} y] d x = \int 4 x e^{x} d x$

Этап 6

Проинтегрируем левую часть.

$e^{x} y = \int 4 x e^{x} d x$

Этап 7

Проинтегрируем правую часть.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 7.1

Поскольку $4$ — константа по отношению к $x$ , вынесем $4$ из-под знака интеграла.

$e^{x} y = 4 \int x e^{x} d x$

Этап 7.2

Проинтегрируем по частям, используя формулу $\int u d v = u v - \int v d u$ , где $u = x$ и $d v = e^{x}$ .

$e^{x} y = 4 (x e^{x} - \int e^{x} d x)$

Этап 7.3

Интеграл $e^{x}$ по $x$ имеет вид $e^{x}$ .

$e^{x} y = 4 (x e^{x} - (e^{x} + C))$

Этап 7.4

Упростим.

$e^{x} y = 4 (x e^{x} - e^{x}) + C$

Этап 8

Разделим каждый член $e^{x} y = 4 (x e^{x} - e^{x}) + C$ на $e^{x}$ и упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 8.1

Разделим каждый член $e^{x} y = 4 (x e^{x} - e^{x}) + C$ на $e^{x}$ .

$\frac{e^{x} y}{e^{x}} = \frac{4 (x e^{x} - e^{x})}{e^{x}} + \frac{C}{e^{x}}$

Этап 8.2

Упростим левую часть.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 8.2.1

Сократим общий множитель $e^{x}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 8.2.1.1

Сократим общий множитель.

$\frac{e^{x} y}{e^{x}} = \frac{4 (x e^{x} - e^{x})}{e^{x}} + \frac{C}{e^{x}}$

Этап 8.2.1.2

Разделим $y$ на $1$ .

$y = \frac{4 (x e^{x} - e^{x})}{e^{x}} + \frac{C}{e^{x}}$

Этап 8.3

Упростим правую часть.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 8.3.1

Объединим числители над общим знаменателем.

$y = \frac{4 (x e^{x} - e^{x}) + C}{e^{x}}$

Этап 8.3.2

Упростим числитель.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 8.3.2.1

Применим свойство дистрибутивности.

$y = \frac{4 (x e^{x}) + 4 (- e^{x}) + C}{e^{x}}$

Этап 8.3.2.2

Умножим $- 1$ на $4$ .

$y = \frac{4 x e^{x} - 4 e^{x} + C}{e^{x}}$