Giải tích Ví dụ

$x \frac{d y}{d x} - 6 y = x^{2}$ , $y (1) = 10$

Bước 1

Viết lại phương trình vi phân ở dạng $\frac{d y}{d x} + M (x) y = Q (x)$ .

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 1.1

Chia mỗi số hạng trong $x \frac{d y}{d x} - 6 y = x^{2}$ cho $x$ .

$\frac{x \frac{d y}{d x}}{x} + \frac{- 6 y}{x} = \frac{x^{2}}{x}$

Bước 1.2

Triệt tiêu thừa số chung $x$ .

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 1.2.1

Triệt tiêu thừa số chung.

$\frac{x \frac{d y}{d x}}{x} + \frac{- 6 y}{x} = \frac{x^{2}}{x}$

Bước 1.2.2

Chia $\frac{d y}{d x}$ cho $1$ .

$\frac{d y}{d x} + \frac{- 6 y}{x} = \frac{x^{2}}{x}$

Bước 1.3

Triệt tiêu thừa số chung của $x^{2}$ và $x$ .

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 1.3.1

Đưa $x$ ra ngoài $x^{2}$ .

$\frac{d y}{d x} + \frac{- 6 y}{x} = \frac{x \cdot x}{x}$

Bước 1.3.2

Triệt tiêu các thừa số chung.

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 1.3.2.1

Nâng $x$ lên lũy thừa $1$ .

$\frac{d y}{d x} + \frac{- 6 y}{x} = \frac{x \cdot x}{x^{1}}$

Bước 1.3.2.2

Đưa $x$ ra ngoài $x^{1}$ .

$\frac{d y}{d x} + \frac{- 6 y}{x} = \frac{x \cdot x}{x \cdot 1}$

Bước 1.3.2.3

Triệt tiêu thừa số chung.

$\frac{d y}{d x} + \frac{- 6 y}{x} = \frac{x \cdot x}{x \cdot 1}$

Bước 1.3.2.4

Viết lại biểu thức.

$\frac{d y}{d x} + \frac{- 6 y}{x} = \frac{x}{1}$

Bước 1.3.2.5

Chia $x$ cho $1$ .

$\frac{d y}{d x} + \frac{- 6 y}{x} = x$

Bước 1.4

Đưa $y$ ra ngoài $\frac{- 6 y}{x}$ .

$\frac{d y}{d x} + y \frac{- 6}{x} = x$

Bước 1.5

Sắp xếp lại $y$ và $\frac{- 6}{x}$ .

$\frac{d y}{d x} + \frac{- 6}{x} y = x$

Bước 2

Thừa số tích phân được xác định bằng công thức $e^{\int P (x) d x}$ , trong đó $P (x) = \frac{- 6}{x}$ .

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 2.1

Lập tích phân.

$e^{\int \frac{- 6}{x} d x}$

Bước 2.2

Lấy tích phân $\frac{- 6}{x}$ .

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 2.2.1

Chia phân số thành nhiều phân số.

$e^{\int - \frac{6}{x} d x}$

Bước 2.2.2

Vì $- 1$ không đổi đối với $x$ , hãy di chuyển $- 1$ ra khỏi tích phân.

$e^{- \int \frac{6}{x} d x}$

Bước 2.2.3

Vì $6$ không đổi đối với $x$ , hãy di chuyển $6$ ra khỏi tích phân.

$e^{- (6 \int \frac{1}{x} d x)}$

Bước 2.2.4

Nhân $6$ với $- 1$ .

$e^{- 6 \int \frac{1}{x} d x}$

Bước 2.2.5

Tích phân của $\frac{1}{x}$ đối với $x$ là $\ln (| x |)$ .

$e^{- 6 (\ln (| x |) + C)}$

Bước 2.2.6

Rút gọn.

$e^{- 6 \ln (| x |) + C}$

Bước 2.3

Loại trừ hằng số tích phân.

$e^{- 6 \ln (x)}$

Bước 2.4

Dùng quy tắc lũy thừa logarit.

$e^{\ln (x^{- 6})}$

Bước 2.5

Lũy thừa và logarit là các hàm nghịch đảo.

$x^{- 6}$

Bước 2.6

Viết lại biểu thức bằng quy tắc số mũ âm $b^{- n} = \frac{1}{b^{n}}$ .

$\frac{1}{x^{6}}$

Bước 3

Nhân mỗi số hạng với thừa số tích phân $\frac{1}{x^{6}}$ .

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 3.1

Nhân từng số hạng với $\frac{1}{x^{6}}$ .

$\frac{1}{x^{6}} \frac{d y}{d x} + \frac{1}{x^{6}} (\frac{- 6}{x} y) = \frac{1}{x^{6}} x$

Bước 3.2

Rút gọn mỗi số hạng.

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 3.2.1

Kết hợp $\frac{1}{x^{6}}$ và $\frac{d y}{d x}$ .

$\frac{\frac{d y}{d x}}{x^{6}} + \frac{1}{x^{6}} (\frac{- 6}{x} y) = \frac{1}{x^{6}} x$

Bước 3.2.2

Di chuyển dấu trừ ra phía trước của phân số.

$\frac{\frac{d y}{d x}}{x^{6}} + \frac{1}{x^{6}} (- \frac{6}{x} y) = \frac{1}{x^{6}} x$

Bước 3.2.3

Viết lại bằng tính chất giao hoán của phép nhân.

$\frac{\frac{d y}{d x}}{x^{6}} - \frac{1}{x^{6}} (\frac{6}{x} y) = \frac{1}{x^{6}} x$

Bước 3.2.4

Kết hợp $\frac{6}{x}$ và $y$ .

$\frac{\frac{d y}{d x}}{x^{6}} - \frac{1}{x^{6}} \cdot \frac{6 y}{x} = \frac{1}{x^{6}} x$

Bước 3.2.5

Nhân $- \frac{1}{x^{6}} \cdot \frac{6 y}{x}$ .

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 3.2.5.1

Nhân $\frac{6 y}{x}$ với $\frac{1}{x^{6}}$ .

$\frac{\frac{d y}{d x}}{x^{6}} - \frac{6 y}{x \cdot x^{6}} = \frac{1}{x^{6}} x$

Bước 3.2.5.2

Nhân $x$ với $x^{6}$ bằng cách cộng các số mũ.

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 3.2.5.2.1

Nhân $x$ với $x^{6}$ .

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 3.2.5.2.1.1

Nâng $x$ lên lũy thừa $1$ .

$\frac{\frac{d y}{d x}}{x^{6}} - \frac{6 y}{x^{1} x^{6}} = \frac{1}{x^{6}} x$

Bước 3.2.5.2.1.2

Sử dụng quy tắc lũy thừa $a^{m} a^{n} = a^{m + n}$ để kết hợp các số mũ.

$\frac{\frac{d y}{d x}}{x^{6}} - \frac{6 y}{x^{1 + 6}} = \frac{1}{x^{6}} x$

Bước 3.2.5.2.2

Cộng $1$ và $6$ .

$\frac{\frac{d y}{d x}}{x^{6}} - \frac{6 y}{x^{7}} = \frac{1}{x^{6}} x$

Bước 3.3

Triệt tiêu thừa số chung $x$ .

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 3.3.1

Đưa $x$ ra ngoài $x^{6}$ .

$\frac{\frac{d y}{d x}}{x^{6}} - \frac{6 y}{x^{7}} = \frac{1}{x \cdot x^{5}} x$

Bước 3.3.2

Triệt tiêu thừa số chung.

$\frac{\frac{d y}{d x}}{x^{6}} - \frac{6 y}{x^{7}} = \frac{1}{x \cdot x^{5}} x$

Bước 3.3.3

Viết lại biểu thức.

$\frac{\frac{d y}{d x}}{x^{6}} - \frac{6 y}{x^{7}} = \frac{1}{x^{5}}$

Bước 4

Viết lại vế trái ở dạng kết quả của phép tính đạo hàm một tích.

$\frac{d}{d x} [\frac{1}{x^{6}} y] = \frac{1}{x^{5}}$

Bước 5

Lập tích phân ở mỗi vế.

$\int \frac{d}{d x} [\frac{1}{x^{6}} y] d x = \int \frac{1}{x^{5}} d x$

Bước 6

Lấy tích phân vế trái.

$\frac{1}{x^{6}} y = \int \frac{1}{x^{5}} d x$

Bước 7

Lấy tích phân vế phải.

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 7.1

Áp dụng các quy tắc số mũ cơ bản.

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 7.1.1

Di chuyển $x^{5}$ ra ngoài mẫu số bằng cách nâng nó lên lũy thừa $- 1$ .

$\frac{1}{x^{6}} y = \int {(x^{5})}^{- 1} d x$

Bước 7.1.2

Nhân các số mũ trong ${(x^{5})}^{- 1}$ .

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 7.1.2.1

Áp dụng quy tắc lũy thừa và nhân các số mũ với nhau, ${(a^{m})}^{n} = a^{m n}$ .

$\frac{1}{x^{6}} y = \int x^{5 \cdot - 1} d x$

Bước 7.1.2.2

Nhân $5$ với $- 1$ .

$\frac{1}{x^{6}} y = \int x^{- 5} d x$

Bước 7.2

Theo Quy tắc lũy thừa, tích phân của $x^{- 5}$ đối với $x$ là $- \frac{1}{4} x^{- 4}$ .

$\frac{1}{x^{6}} y = - \frac{1}{4} x^{- 4} + C$

Bước 7.3

Rút gọn kết quả.

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 7.3.1

Viết lại $- \frac{1}{4} x^{- 4} + C$ ở dạng $- \frac{1}{4} \cdot \frac{1}{x^{4}} + C$ .

$\frac{1}{x^{6}} y = - \frac{1}{4} \cdot \frac{1}{x^{4}} + C$

Bước 7.3.2

Rút gọn.

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 7.3.2.1

Nhân $\frac{1}{x^{4}}$ với $\frac{1}{4}$ .

$\frac{1}{x^{6}} y = - \frac{1}{x^{4} \cdot 4} + C$

Bước 7.3.2.2

Di chuyển $4$ sang phía bên trái của $x^{4}$ .

$\frac{1}{x^{6}} y = - \frac{1}{4 x^{4}} + C$

Bước 8

Giải tìm $y$ .

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 8.1

Di chuyển tất cả các số hạng chứa biến sang vế trái của phương trình.

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 8.1.1

Cộng $\frac{1}{4 x^{4}}$ cho cả hai vế của phương trình.

$\frac{1}{x^{6}} y + \frac{1}{4 x^{4}} = C$

Bước 8.1.2

Trừ $C$ khỏi cả hai vế của phương trình.

$\frac{1}{x^{6}} y + \frac{1}{4 x^{4}} - C = 0$

Bước 8.1.3

Kết hợp $\frac{1}{x^{6}}$ và $y$ .

$\frac{y}{x^{6}} + \frac{1}{4 x^{4}} - C = 0$

Bước 8.2

Di chuyển tất cả các số hạng không chứa $y$ sang vế phải của phương trình.

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 8.2.1

Trừ $\frac{1}{4 x^{4}}$ khỏi cả hai vế của phương trình.

$\frac{y}{x^{6}} - C = - \frac{1}{4 x^{4}}$

Bước 8.2.2

Cộng $C$ cho cả hai vế của phương trình.

$\frac{y}{x^{6}} = - \frac{1}{4 x^{4}} + C$

Bước 8.3

Nhân cả hai vế với $x^{6}$ .

$\frac{y}{x^{6}} x^{6} = (- \frac{1}{4 x^{4}} + C) x^{6}$

Bước 8.4

Rút gọn.

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 8.4.1

Rút gọn vế trái.

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 8.4.1.1

Triệt tiêu thừa số chung $x^{6}$ .

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 8.4.1.1.1

Triệt tiêu thừa số chung.

$\frac{y}{x^{6}} x^{6} = (- \frac{1}{4 x^{4}} + C) x^{6}$

Bước 8.4.1.1.2

Viết lại biểu thức.

$y = (- \frac{1}{4 x^{4}} + C) x^{6}$

Bước 8.4.2

Rút gọn vế phải.

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 8.4.2.1

Rút gọn $(- \frac{1}{4 x^{4}} + C) x^{6}$ .

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 8.4.2.1.1

Áp dụng thuộc tính phân phối.

$y = - \frac{1}{4 x^{4}} x^{6} + C x^{6}$

Bước 8.4.2.1.2

Triệt tiêu thừa số chung $x^{4}$ .

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 8.4.2.1.2.1

Di chuyển dấu âm đầu tiên trong $- \frac{1}{4 x^{4}}$ vào tử số.

$y = \frac{- 1}{4 x^{4}} x^{6} + C x^{6}$

Bước 8.4.2.1.2.2

Đưa $x^{4}$ ra ngoài $4 x^{4}$ .

$y = \frac{- 1}{x^{4} \cdot 4} x^{6} + C x^{6}$

Bước 8.4.2.1.2.3

Đưa $x^{4}$ ra ngoài $x^{6}$ .

$y = \frac{- 1}{x^{4} \cdot 4} (x^{4} x^{2}) + C x^{6}$

Bước 8.4.2.1.2.4

Triệt tiêu thừa số chung.

$y = \frac{- 1}{x^{4} \cdot 4} (x^{4} x^{2}) + C x^{6}$

Bước 8.4.2.1.2.5

Viết lại biểu thức.

$y = \frac{- 1}{4} x^{2} + C x^{6}$

Bước 8.4.2.1.3

Kết hợp $\frac{- 1}{4}$ và $x^{2}$ .

$y = \frac{- x^{2}}{4} + C x^{6}$

Bước 8.4.2.1.4

Rút gọn biểu thức.

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 8.4.2.1.4.1

Di chuyển dấu trừ ra phía trước của phân số.

$y = - \frac{x^{2}}{4} + C x^{6}$

Bước 8.4.2.1.4.2

Sắp xếp lại $- \frac{x^{2}}{4}$ và $C x^{6}$ .

$y = C x^{6} - \frac{x^{2}}{4}$

Bước 9

Dùng điều kiện ban đầu để tìm giá trị của $C$ bằng cách thay $1$ cho $x$ và $10$ cho $y$ trong $y = C x^{6} - \frac{x^{2}}{4}$ .

$10 = C \cdot 1^{6} - \frac{1^{2}}{4}$

Bước 10

Giải tìm $C$ .

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 10.1

Viết lại phương trình ở dạng $C \cdot 1^{6} - \frac{1^{2}}{4} = 10$ .

$C \cdot 1^{6} - \frac{1^{2}}{4} = 10$

Bước 10.2

Rút gọn mỗi số hạng.

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 10.2.1

Một mũ bất kỳ số nào là một.

$C \cdot 1 - \frac{1^{2}}{4} = 10$

Bước 10.2.2

Nhân $C$ với $1$ .

$C - \frac{1^{2}}{4} = 10$

Bước 10.2.3

Một mũ bất kỳ số nào là một.

$C - \frac{1}{4} = 10$

Bước 10.3

Di chuyển tất cả các số hạng không chứa $C$ sang vế phải của phương trình.

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 10.3.1

Cộng $\frac{1}{4}$ cho cả hai vế của phương trình.

$C = 10 + \frac{1}{4}$

Bước 10.3.2

Để viết $10$ ở dạng một phân số với mẫu số chung, hãy nhân với $\frac{4}{4}$ .

$C = 10 \cdot \frac{4}{4} + \frac{1}{4}$

Bước 10.3.3

Kết hợp $10$ và $\frac{4}{4}$ .

$C = \frac{10 \cdot 4}{4} + \frac{1}{4}$

Bước 10.3.4

Kết hợp các tử số trên mẫu số chung.

$C = \frac{10 \cdot 4 + 1}{4}$

Bước 10.3.5

Rút gọn tử số.

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 10.3.5.1

Nhân $10$ với $4$ .

$C = \frac{40 + 1}{4}$

Bước 10.3.5.2

Cộng $40$ và $1$ .

$C = \frac{41}{4}$

Bước 11

Thay $\frac{41}{4}$ cho $C$ trong $y = C x^{6} - \frac{x^{2}}{4}$ và rút gọn.

Nhấp để xem thêm các bước...

Bước 11.1

Thay $\frac{41}{4}$ bằng $C$ .

$y = \frac{41}{4} x^{6} - \frac{x^{2}}{4}$

Bước 11.2

Kết hợp $\frac{41}{4}$ và $x^{6}$ .

$y = \frac{41 x^{6}}{4} - \frac{x^{2}}{4}$