Giải tích Ví dụ
dydx+2xy=x2y2
Bước 1
Để giải phương trình vi phân, để v=y1-n trong đó n là số mũ của y2.
v=y-1
Bước 2
Giải phương trình để tìm y.
y=v-1
Bước 3
Lấy đạo hàm của y đối với x.
y′=v-1
Bước 4
Bước 4.1
Lấy đạo hàm của v-1.
y′=ddx[v-1]
Bước 4.2
Viết lại biểu thức bằng quy tắc số mũ âm b-n=1bn.
y′=ddx[1v]
Bước 4.3
Tìm đạo hàm bằng cách sử dụng quy tắc thương số, quy tắc nói rằng ddx[f(x)g(x)] là g(x)ddx[f(x)]-f(x)ddx[g(x)]g(x)2 trong đó f(x)=1 và g(x)=v.
y′=vddx[1]-1⋅1ddx[v]v2
Bước 4.4
Tìm đạo hàm bằng quy tắc hằng số.
Bước 4.4.1
Nhân -1 với 1.
y′=vddx[1]-ddx[v]v2
Bước 4.4.2
Vì 1 là hằng số đối với x, đạo hàm của 1 đối với x là 0.
y′=v⋅0-ddx[v]v2
Bước 4.4.3
Rút gọn biểu thức.
Bước 4.4.3.1
Nhân v với 0.
y′=0-ddx[v]v2
Bước 4.4.3.2
Trừ ddx[v] khỏi 0.
y′=-ddx[v]v2
Bước 4.4.3.3
Di chuyển dấu trừ ra phía trước của phân số.
y′=-ddx[v]v2
y′=-ddx[v]v2
y′=-ddx[v]v2
Bước 4.5
Viết lại ddx[v] ở dạng v′.
y′=-v′v2
y′=-v′v2
Bước 5
Thay -v′v2 cho dydx và v-1 cho y trong phương trình gốc dydx+2xy=x2y2.
-v′v2+2xv-1=x2(v-1)2
Bước 6
Bước 6.1
Viết lại phương trình vi phân ở dạng dvdx+M(x)v=Q(x).
Bước 6.1.1
Viết lại phương trình ở dạng M(x)dvdx+P(x)v=Q(x).
Bước 6.1.1.1
Nhân mỗi số hạng trong -dvdxv2+2xv-1=x2(v-1)2 với -v2 để loại bỏ các phân số.
Bước 6.1.1.1.1
Nhân mỗi số hạng trong -dvdxv2+2xv-1=x2(v-1)2 với -v2.
-dvdxv2(-v2)+2xv-1(-v2)=x2(v-1)2(-v2)
Bước 6.1.1.1.2
Rút gọn vế trái.
Bước 6.1.1.1.2.1
Rút gọn mỗi số hạng.
Bước 6.1.1.1.2.1.1
Triệt tiêu thừa số chung v2.
Bước 6.1.1.1.2.1.1.1
Di chuyển dấu âm đầu tiên trong -dvdxv2 vào tử số.
-dvdxv2(-v2)+2xv-1(-v2)=x2(v-1)2(-v2)
Bước 6.1.1.1.2.1.1.2
Đưa v2 ra ngoài -v2.
-dvdxv2(v2⋅-1)+2xv-1(-v2)=x2(v-1)2(-v2)
Bước 6.1.1.1.2.1.1.3
Triệt tiêu thừa số chung.
-dvdxv2(v2⋅-1)+2xv-1(-v2)=x2(v-1)2(-v2)
Bước 6.1.1.1.2.1.1.4
Viết lại biểu thức.
-dvdx⋅-1+2xv-1(-v2)=x2(v-1)2(-v2)
-dvdx⋅-1+2xv-1(-v2)=x2(v-1)2(-v2)
Bước 6.1.1.1.2.1.2
Nhân -1 với -1.
1dvdx+2xv-1(-v2)=x2(v-1)2(-v2)
Bước 6.1.1.1.2.1.3
Nhân dvdx với 1.
dvdx+2xv-1(-v2)=x2(v-1)2(-v2)
Bước 6.1.1.1.2.1.4
Nhân v-1 với v2 bằng cách cộng các số mũ.
Bước 6.1.1.1.2.1.4.1
Di chuyển v2.
dvdx+2x(v2v-1)⋅-1=x2(v-1)2(-v2)
Bước 6.1.1.1.2.1.4.2
Sử dụng quy tắc lũy thừa aman=am+n để kết hợp các số mũ.
dvdx+2xv2-1⋅-1=x2(v-1)2(-v2)
Bước 6.1.1.1.2.1.4.3
Trừ 1 khỏi 2.
dvdx+2xv1⋅-1=x2(v-1)2(-v2)
dvdx+2xv1⋅-1=x2(v-1)2(-v2)
Bước 6.1.1.1.2.1.5
Rút gọn 2xv1⋅-1.
dvdx+2xv⋅-1=x2(v-1)2(-v2)
Bước 6.1.1.1.2.1.6
Nhân -1 với 2.
dvdx-2xv=x2(v-1)2(-v2)
dvdx-2xv=x2(v-1)2(-v2)
dvdx-2xv=x2(v-1)2(-v2)
Bước 6.1.1.1.3
Rút gọn vế phải.
Bước 6.1.1.1.3.1
Viết lại bằng tính chất giao hoán của phép nhân.
dvdx-2xv=-x2(v-1)2v2
Bước 6.1.1.1.3.2
Nhân các số mũ trong (v-1)2.
Bước 6.1.1.1.3.2.1
Áp dụng quy tắc lũy thừa và nhân các số mũ với nhau, (am)n=amn.
dvdx-2xv=-x2v-1⋅2v2
Bước 6.1.1.1.3.2.2
Nhân -1 với 2.
dvdx-2xv=-x2v-2v2
dvdx-2xv=-x2v-2v2
Bước 6.1.1.1.3.3
Nhân v-2 với v2 bằng cách cộng các số mũ.
Bước 6.1.1.1.3.3.1
Di chuyển v2.
dvdx-2xv=-x2(v2v-2)
Bước 6.1.1.1.3.3.2
Sử dụng quy tắc lũy thừa aman=am+n để kết hợp các số mũ.
dvdx-2xv=-x2v2-2
Bước 6.1.1.1.3.3.3
Trừ 2 khỏi 2.
dvdx-2xv=-x2v0
dvdx-2xv=-x2v0
Bước 6.1.1.1.3.4
Rút gọn -x2v0.
dvdx-2xv=-x2
dvdx-2xv=-x2
dvdx-2xv=-x2
Bước 6.1.1.2
Sắp xếp lại các số hạng.
dvdx-2vx=-x2
dvdx-2vx=-x2
Bước 6.1.2
Đưa v ra ngoài -2vx.
dvdx+v(-2x)=-x2
Bước 6.1.3
Sắp xếp lại v và -2x.
dvdx-2xv=-x2
dvdx-2xv=-x2
Bước 6.2
Thừa số tích phân được xác định bằng công thức e∫P(x)dx, trong đó P(x)=-2x.
Bước 6.2.1
Lập tích phân.
e∫-2xdx
Bước 6.2.2
Lấy tích phân -2x.
Bước 6.2.2.1
Vì -2 không đổi đối với x, hãy di chuyển -2 ra khỏi tích phân.
e-2∫xdx
Bước 6.2.2.2
Theo Quy tắc lũy thừa, tích phân của x đối với x là 12x2.
e-2(12x2+C)
Bước 6.2.2.3
Rút gọn kết quả.
Bước 6.2.2.3.1
Viết lại -2(12x2+C) ở dạng -2(12)x2+C.
e-2(12)x2+C
Bước 6.2.2.3.2
Rút gọn.
Bước 6.2.2.3.2.1
Kết hợp -2 và 12.
e-22x2+C
Bước 6.2.2.3.2.2
Triệt tiêu thừa số chung của -2 và 2.
Bước 6.2.2.3.2.2.1
Đưa 2 ra ngoài -2.
e2⋅-12x2+C
Bước 6.2.2.3.2.2.2
Triệt tiêu các thừa số chung.
Bước 6.2.2.3.2.2.2.1
Đưa 2 ra ngoài 2.
e2⋅-12(1)x2+C
Bước 6.2.2.3.2.2.2.2
Triệt tiêu thừa số chung.
e2⋅-12⋅1x2+C
Bước 6.2.2.3.2.2.2.3
Viết lại biểu thức.
e-11x2+C
Bước 6.2.2.3.2.2.2.4
Chia -1 cho 1.
e-x2+C
e-x2+C
e-x2+C
e-x2+C
e-x2+C
e-x2+C
Bước 6.2.3
Loại trừ hằng số tích phân.
e-x2
e-x2
Bước 6.3
Nhân mỗi số hạng với thừa số tích phân e-x2.
Bước 6.3.1
Nhân từng số hạng với e-x2.
e-x2dvdx+e-x2(-2xv)=e-x2(-x2)
Bước 6.3.2
Viết lại bằng tính chất giao hoán của phép nhân.
e-x2dvdx-2e-x2(xv)=e-x2(-x2)
Bước 6.3.3
Viết lại bằng tính chất giao hoán của phép nhân.
e-x2dvdx-2e-x2(xv)=-e-x2x2
Bước 6.3.4
Sắp xếp lại các thừa số trong e-x2dvdx-2e-x2(xv)=-e-x2x2.
e-x2dvdx-2xve-x2=-x2e-x2
e-x2dvdx-2xve-x2=-x2e-x2
Bước 6.4
Viết lại vế trái ở dạng kết quả của phép tính đạo hàm một tích.
ddx[e-x2v]=-x2e-x2
Bước 6.5
Lập tích phân ở mỗi vế.
∫ddx[e-x2v]dx=∫-x2e-x2dx
Bước 6.6
Lấy tích phân vế trái.
e-x2v=∫-x2e-x2dx
Bước 6.7
Lấy tích phân vế phải.
Bước 6.7.1
Vì -1 không đổi đối với x, hãy di chuyển -1 ra khỏi tích phân.
e-x2v=-∫x2e-x2dx
Bước 6.7.2
Giả sử u1=-x2. Sau đó du1=-2xdx, nên -12du1=xdx. Viết lại bằng u1 và du1.
Bước 6.7.2.1
Hãy đặt u1=-x2. Tìm du1dx.
Bước 6.7.2.1.1
Tính đạo hàm -x2.
ddx[-x2]
Bước 6.7.2.1.2
Vì -1 không đổi đối với x, nên đạo hàm của -x2 đối với x là -ddx[x2].
-ddx[x2]
Bước 6.7.2.1.3
Tìm đạo hàm bằng cách sử dụng Quy tắc lũy thừa, quy tắc nói rằng ddx[xn] là nxn-1 trong đó n=2.
-(2x)
Bước 6.7.2.1.4
Nhân 2 với -1.
-2x
-2x
Bước 6.7.2.2
Viết lại bài tập bằng cách dùng u1 và du1.
e-x2v=-∫√-u1eu11-2du1
e-x2v=-∫√-u1eu11-2du1
Bước 6.7.3
Rút gọn.
Bước 6.7.3.1
Di chuyển dấu trừ ra phía trước của phân số.
e-x2v=-∫√-u1eu1(-12)du1
Bước 6.7.3.2
Kết hợp √-u1 và 12.
e-x2v=-∫eu1(-√-u12)du1
Bước 6.7.3.3
Kết hợp eu1 và √-u12.
e-x2v=-∫-eu1√-u12du1
e-x2v=-∫-eu1√-u12du1
Bước 6.7.4
Vì -1 không đổi đối với u1, hãy di chuyển -1 ra khỏi tích phân.
e-x2v=--∫eu1√-u12du1
Bước 6.7.5
Rút gọn.
Bước 6.7.5.1
Nhân -1 với -1.
e-x2v=1∫eu1√-u12du1
Bước 6.7.5.2
Nhân ∫eu1√-u12du1 với 1.
e-x2v=∫eu1√-u12du1
e-x2v=∫eu1√-u12du1
Bước 6.7.6
Vì 12 không đổi đối với u1, hãy di chuyển 12 ra khỏi tích phân.
e-x2v=12∫eu1√-u1du1
Bước 6.7.7
Lấy tích phân từng phần bằng công thức ∫udv=uv-∫vdu, trong đó u=eu1 và dv=√-u1.
e-x2v=12(eu1(-23u232)-∫-23u232eu1du1)
Bước 6.7.8
Rút gọn.
Bước 6.7.8.1
Kết hợp u232 và 23.
e-x2v=12(eu1(-u232⋅23)-∫-23u232eu1du1)
Bước 6.7.8.2
Kết hợp eu1 và u232⋅23.
e-x2v=12(-eu1(u232⋅2)3-∫-23u232eu1du1)
Bước 6.7.8.3
Di chuyển 2 sang phía bên trái của u232.
e-x2v=12(-eu1(2⋅u232)3-∫-23u232eu1du1)
Bước 6.7.8.4
Di chuyển 2 sang phía bên trái của eu1.
e-x2v=12(-2⋅eu1u2323-∫-23u232eu1du1)
Bước 6.7.8.5
Kết hợp u232 và 23.
e-x2v=12(-2eu1u2323-∫-u232⋅23eu1du1)
Bước 6.7.8.6
Kết hợp eu1 và u232⋅23.
e-x2v=12(-2eu1u2323-∫-eu1(u232⋅2)3du1)
Bước 6.7.8.7
Di chuyển 2 sang phía bên trái của u232.
e-x2v=12(-2eu1u2323-∫-eu1(2⋅u232)3du1)
Bước 6.7.8.8
Di chuyển 2 sang phía bên trái của eu1.
e-x2v=12(-2eu1u2323-∫-2eu1u2323du1)
e-x2v=12(-2eu1u2323-∫-2eu1u2323du1)
Bước 6.7.9
Vì -1 không đổi đối với u1, hãy di chuyển -1 ra khỏi tích phân.
e-x2v=12(-2eu1u2323--∫2eu1u2323du1)
Bước 6.7.10
Rút gọn.
Bước 6.7.10.1
Nhân -1 với -1.
e-x2v=12(-2eu1u2323+1∫2eu1u2323du1)
Bước 6.7.10.2
Nhân ∫2eu1u2323du1 với 1.
e-x2v=12(-2eu1u2323+∫2eu1u2323du1)
e-x2v=12(-2eu1u2323+∫2eu1u2323du1)
Bước 6.7.11
Vì 2u2323 không đổi đối với u1, hãy di chuyển 2u2323 ra khỏi tích phân.
e-x2v=12(-2eu1u2323+2u2323∫eu1du1)
Bước 6.7.12
Tích phân của eu1 đối với u1 là eu1.
e-x2v=12(-2eu1u2323+2u2323(eu1+C))
Bước 6.7.13
Rút gọn.
Bước 6.7.13.1
Viết lại 12(-2eu1u2323+2u2323(eu1+C)) ở dạng 12(-23eu1u232+23u232eu1)+C.
e-x2v=12(-23eu1u232+23u232eu1)+C
Bước 6.7.13.2
Rút gọn.
Bước 6.7.13.2.1
Kết hợp eu1 và 23.
e-x2v=12(-eu1⋅23u232+23u232eu1)+C
Bước 6.7.13.2.2
Kết hợp u232 và eu1⋅23.
e-x2v=12(-u232(eu1⋅2)3+23u232eu1)+C
Bước 6.7.13.2.3
Di chuyển 2 sang phía bên trái của eu1.
e-x2v=12(-u232(2⋅eu1)3+23u232eu1)+C
Bước 6.7.13.2.4
Di chuyển 2 sang phía bên trái của u232.
e-x2v=12(-2⋅u232eu13+23u232eu1)+C
Bước 6.7.13.2.5
Kết hợp 23 và u232.
e-x2v=12(-2u232eu13+2u2323eu1)+C
Bước 6.7.13.2.6
Kết hợp 2u2323 và eu1.
e-x2v=12(-2u232eu13+2u232eu13)+C
Bước 6.7.13.2.7
Cộng -2u232eu13 và 2u232eu13.
e-x2v=12⋅0+C
Bước 6.7.13.2.8
Nhân 12 với 0.
e-x2v=0+C
Bước 6.7.13.2.9
Cộng 0 và C.
e-x2v=C
e-x2v=C
e-x2v=C
e-x2v=C
Bước 6.8
Chia mỗi số hạng trong e-x2v=C cho e-x2 và rút gọn.
Bước 6.8.1
Chia mỗi số hạng trong e-x2v=C cho e-x2.
e-x2ve-x2=Ce-x2
Bước 6.8.2
Rút gọn vế trái.
Bước 6.8.2.1
Triệt tiêu thừa số chung e-x2.
Bước 6.8.2.1.1
Triệt tiêu thừa số chung.
e-x2ve-x2=Ce-x2
Bước 6.8.2.1.2
Chia v cho 1.
v=Ce-x2
v=Ce-x2
v=Ce-x2
v=Ce-x2
v=Ce-x2
Bước 7
Thay y-1 bằng v.
y-1=Ce-x2