Hvordan kan jeg løse denne differentialligning?

Hvordan kan jeg løse denne differentialligning?
Anonim

Svar:

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

Forklaring:

Dette er en adskillelig differentialekvation, hvilket simpelthen betyder, at det er muligt at gruppere #x# betingelser & # Y # vilkår på modsatte sider af ligningen. Så det er det, vi skal gøre 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 #

Nu ønsker vi at få dy på siden med y'erne og dx på siden med x'erne. Vi skal gøre en smule omarrangere:

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

Nu integrerer vi begge sider:

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

Lad os gøre hver integrering i sin tur:

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

Lad os først opdele dette i 2 separate integrale ved hjælp af addition / subtraktionsregel:

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

Disse ser lidt irriterende ud. Men vi kan give dem lidt af en makeover for at få dem til at se pænere ud (og meget lettere at løse):

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

Begge disse er nu enkle # U #substitution integraler. Hvis du indstiller #u = -x # og # -3x # henholdsvis får du svaret som:

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

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

#Hvis vi gør den negative eksponent positiv, får vi:

# int (I ^ y) dy #

Vi skal bruge integration af dele til dette. Formlen er:

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

Vi skal sætte #u = y #, og #dv = e ^ y dy #. Årsagen er, at vi ønsker en let # Du # for den endelige integration, og også fordi # E ^ y # er meget let at integrere.

Så:

#u = y #

# => du = dy #

#dv = e ^ y dy #

#v = e ^ y #

Nu skal vi bare plugge og chug:

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

# = ye ^ y - e ^ y #

Sætter alt tilbage i:

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

At slippe af med negative eksponenter:

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

Og det er et ret anstændigt sidste svar. Hvis du ville løse for # Y #, du kunne, og du ville ende med

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

Bemærk, at vi ikke har en # + C # på LHS i denne ligning. Årsagen til dette er, at selv om vi satte det, ville vi i sidste ende trække det fra RHS, og en vilkårlig konstant minus en vilkårlig konstant er stadig (vent på det) en vilkårlig konstant. Derfor for disse problemer så længe du har din # + C # på en side af ligningen vil du være i orden.

Håber det hjalp:)