¿Cuál es la solución general de la ecuación diferencial lineal de primer orden [matemáticas] y ‘- (\ ln {x}) y = {9x} ^ x [/ matemáticas]?

Puede resolver esto simplemente usando un factor integrador.

El factor integrante en un ODE lineal de primer orden escrito en esta forma es el exponencial de una antiderivada del coeficiente del término [math] y [/ math].

Aquí hay una antiderivada.

[matemáticas] \ int – \ ln x \ dx = -x \ ln x + x [/ matemáticas]

Y el exponencial de esta función (es decir, el factor integrador) es:

[matemáticas] \ exp (-x \ ln x + x) = x ^ {- x} \ cdot e ^ x [/ matemáticas]

Multiplicar ambos lados de la ecuación por el factor integrante hace que el lado izquierdo sea la derivada exacta del factor integrador multiplicado por [math] y [/ math].

[matemáticas] \ frac d {dx} \ left (x ^ {- x} e ^ x \ cdot y \ right) = 9x ^ {x} \ cdot x ^ {- x} e ^ x = 9e ^ x [/ matemáticas]

Por lo tanto, solo necesitamos poder integrar el lado derecho para resolver la ecuación. El lado derecho es, por supuesto, igual a su propia antiderivada, por lo que podemos escribir:

[matemáticas] \ frac d {dx} \ left (x ^ {- x} e ^ x \ cdot y \ right) = \ frac d {dx} (9e ^ x) [/ math]

Ahora sabemos que si dos funciones tienen la misma derivada, solo pueden diferir en una constante y vemos que:

[matemáticas] x ^ {- x} e ^ x \ cdot y = 9e ^ x + C [/ matemáticas]

Resolver para [math] y [/ math] da la solución general:

[matemáticas] y = 9x ^ {- x} + C \ cdot x ^ {x} e ^ {- x} [/ matemáticas]

[matemáticas] y = x ^ x (C_1 e ^ {- x} +9) [/ matemáticas]


Para resolver la ecuación diferencial [matemáticas] y’-y \ ln {x} = kx ^ x [/ matemáticas], primero observe que [matemáticas] \ frac {d} {dx} (x ^ x) = x ^ x ( 1+ \ ln {x}) [/ math]. Esto se parece mucho a nuestra ecuación diferencial, por lo que sustituiré [math] y = ux ^ x, u = u (x) [/ math] y simplificaré. Con suerte, algunas cosas se cancelan.

[matemáticas] (ux ^ x) ‘- (ux ^ x) \ ln {x} = kx ^ x [/ matemáticas]

[matemáticas] (u’x ^ x + ux ^ x (1+ \ ln {x})) – ux ^ x \ ln {x} = kx ^ x [/ matemáticas]

[matemáticas] u’x ^ x + ux ^ x = kx ^ x [/ matemáticas]

[matemáticas] u ‘+ u = k [/ matemáticas]

Ahora tenemos una ecuación diferencial separable, por lo que las cosas son bastante sencillas de aquí en adelante:

[matemáticas] \ frac {du} {dx} = ku [/ matemáticas]

[matemáticas] \ frac {du} {ku} = dx [/ matemáticas]

Integrando,

[matemáticas] – \ ln {| uk |} = x + C [/ matemáticas]

[matemáticas] u = C_1 e ^ {- x} + k [/ matemáticas]

y como [math] y = ux ^ x = x ^ x (u) [/ math], la sustitución de [math] u [/ math] nos muestra que

[matemáticas] y = x ^ x (C_1 e ^ {- x} + k) [/ matemáticas]

En su caso, [matemática] k = 9 [/ matemática], produciendo la solución anterior.

Editar: arreglado una pequeña cosa de tipo matemático

ingrese su ecuación en http://www.mathHandbook.com , haga clic en el botón dsolve para la solución

manual de referencia de matemáticas mathHandbook.com