Hvordan kan jeg løse denne differensialligningen?

Hvordan kan jeg løse denne differensialligningen?
Anonim

Svar:

#y = -1 / (e ^ (x) e ^ y) - 1 / (3e ^ ye ^ (- 3x)) + C / e ^ y + 1 #

Forklaring:

Dette er en separerbar differensialligning, som ganske enkelt betyr at det er mulig å gruppere # X # vilkår og betingelser # Y # vilkår på motsatte sider av ligningen. Så dette er hva vi skal gjøre først:

# (e ^ x) y dy / dx = e ^ (- y) + e ^ (- 2x) * e ^ (- y) #

# => (e ^ x) dy / dx = e ^ (- y) / y (1 + e ^ (- 2x)) #

# => e ^ x / (1 + e ^ (- 2x)) dy / dx = e ^ (- y) / y #

Nå vil vi få dy på siden med y, og dx på siden med x-er. Vi må gjøre litt om å ordne:

# (1 + e ^ (- 2x)) / e ^ x dx = y / e ^ (- y) dy #

Nå integrerer vi begge sider:

#int ((1 + e ^ (- 2x)) / e ^ x) dx = int y / e ^ (- y) dy #

La oss gjøre hver integral i sin tur:

  1. #int ((1 + e ^ (- 2x)) / e ^ x) dx #

Først, la oss dele dette inn i 2 separate integraler ved hjelp av tilleggs / subtraksjonregel:

# => int (1 / e ^ x) dx + int (e ^ (- 2x)) / e ^ xdx #

Disse ser litt irriterende ut. Men vi kan gi dem litt av en makeover for å få dem til å se bedre ut (og mye enklere å løse):

# => int (e ^ (- x)) dx + int (e ^ (- 3x)) dx #

Begge disse er nå enkle # U #-substitusjon integralene. Hvis du angir #u = -x # og # -3x # henholdsvis, får du svaret som:

# => -e ^ (- x) - e ^ (- 3x) / 3 + C #

  1. #int y / e ^ (- y) dy #

#Hvis vi gjør den negative eksponenten positiv, får vi:

# int (ye ^ y) dy #

Vi må bruke integrasjon av deler for dette. Formelen er:

# int (uv) dy = uv-int (v * du) #

Vi skal sette #u = y #, og #dv = e ^ y dy #. Årsaken er at vi vil ha det enkelt # Du # for den endelige integrasjonen, og også fordi # E ^ y # er veldig enkelt å integrere.

Så:

#u = y #

# => du = dy #

#dv = e ^ y dy #

#v = e ^ y #

Nå plugger vi nettopp:

# => int (ye ^ y) dy = ye ^ y - int (e ^ y) dy #

# = ye ^ y - e ^ y #

Setter alt tilbake i:

# y ^ y - e ^ y = -e ^ (- x) - e ^ (- 3x) / 3 + C #

Bli kvitt negative eksponenter:

# xy - e ^ y = -1 / e ^ (x) - 1 / (3e ^ (- 3x)) + C #

Og det er et ganske anstendig slutt svar. Hvis du ønsket å løse for # Y #, kan du, og du vil ende opp med

#y = -1 / (e ^ (x) e ^ y) - 1 / (3e ^ ye ^ (- 3x)) + C / e ^ y + 1 #

Legg merke til at vi ikke har en # + C # på LHS i denne ligningen. Årsaken til dette er at selv om vi gjorde det, ville vi til slutt trekke det fra RHS, og en vilkårlig konstant minus en vilkårlig konstant er fortsatt (vent på det) en vilkårlig konstant. Derfor, for disse problemene så lenge du har din # + C # på en side av ligningen vil du ha det bra.

Håper det hjalp:)