¿Cuál es la solución de la ecuación diferencial [matemática] y ‘+ 2xy = 0 [/ matemática]?

Necesitamos encontrar una función [math] y [/ math], cuya derivada es [math] -2xy [/ math]

Está claro que la solución es [matemáticas] \ displaystyle [/ matemáticas] [matemáticas] y = e ^ {- x ^ {2}} [/ matemáticas], porque

[matemáticas] \ displaystyle y ‘= \ big (e ^ {- x ^ {2}} \ big)’ = – 2xe ^ {- x ^ 2} = – 2xy \ tag * {} [/ math]

Así es como lo resuelves:

[matemáticas] \ displaystyle y ‘+ 2xy = 0 \ Leftrightarrow y’ = – 2xy \ tag * {} \\ [/ math]

[matemáticas] \ displaystyle \ Leftrightarrow \ frac {dy} {dx} = – 2xy \ Leftrightarrow dy = -2xydx \ tag * {} \\ [/ math]

[matemáticas] \ displaystyle \ Leftrightarrow \ frac {1} {y} dy = -2xdx \ tag * {} [/ matemáticas]

Integrando ambas partes:

[matemáticas] \ displaystyle \ int \ frac {1} {y} \, \ mathrm {dy} = \ int -2x \, \ mathrm {dx} \ tag * {} \\ [/ math]

[matemáticas] \ displaystyle \ Leftrightarrow \ ln y = -x ^ 2 \ Leftrightarrow y = e ^ {- x ^ 2} \ tag * {} [/ math]

Entonces, la solución es la función [math] \ displaystyle y = e ^ {- x ^ {2}} [/ math].

Aquí está la gráfica de [math] \ dfrac {dy} {dx} = – 2xy [/ math]

Esta respuesta utiliza un enfoque que involucra un factor integrador en lugar de la separación de variables.

[matemáticas] y ‘+ 2xy = 0 [/ matemáticas]

Tenga en cuenta que el factor integrador, [math] \ mu [/ math], toma la forma de e elevado a la integral del coeficiente delante de y. En este ejemplo es [math] e ^ {\ int 2x dx} [/ math].

[matemáticas] \ mu = e ^ {\ int2xdx} = e ^ {x ^ 2} [/ matemáticas]

Multiplica ambos lados por el factor integrante.

[matemáticas] sí ^ {x ^ 2} + 2xye ^ {x ^ 2} = 0 \ cdot e ^ {x ^ 2} [/ matemáticas]

Simplificando obtenemos lo siguiente. **

[matemáticas] \ frac {d} {dx} (e ^ {x ^ 2} y) = 0 [/ matemáticas]

Integrar ambos lados.

[matemáticas] \ int \ frac {d} {dx} (e ^ {x ^ 2} y) dx = \ int 0 dx [/ matemáticas]

[matemáticas] e ^ {x ^ 2} y = c_1 [/ matemáticas]

Divide ambos lados entre [matemáticas] e ^ {x ^ 2} [/ matemáticas] y obtenemos la solución:

[matemáticas] y = c_1 e ^ {- x ^ 2} [/ matemáticas]

** si tomamos la derivada de [math] e ^ {x ^ 2} y [/ math] con respecto a x, obtenemos:

[math] y’e ^ {x ^ 2} + 2xye ^ {x ^ 2} [/ math] que es lo que teníamos antes de simplificar.

En general, para el paso de simplificación, puede escribir:

[matemáticas] \ frac {d} {dx} (\ mu \ cdot y) = [/ matemáticas] lado derecho de la ecuación

[matemáticas] \ frac {dy} {dx} + 2xy = 0 [/ matemáticas]

[matemáticas] \ frac {dy} {dx} = – 2xy [/ matemáticas]

[matemáticas] \ frac {dy} {y} = – 2xdx [/ matemáticas]

[matemáticas] \ int \ frac {dy} {y} = – 2 \ int xdx [/ matemáticas]

[matemáticas] \ ln | y | = -x ^ 2 + C_1 [/ matemáticas]

[matemáticas] y = e ^ {- x ^ 2 + C_1} [/ matemáticas]

[matemáticas] y = e ^ {C_1} e ^ {- x ^ 2} [/ matemáticas]

[matemáticas] y = C_2e ^ {- x ^ 2} [/ matemáticas]

[matemáticas] \ en caja {y = Ce ^ {- x ^ 2}} [/ matemáticas]

y ‘+ 2xy = 0

y ‘/ y = -2x

Integrando ambos lados tenemos:

Ln (y) = – x2 + c

y = Ke ^ -x ^ 2

O

y = K.Exp (-x ^ 2)