Cómo resolver [math] xy ^ \ prime = y \ ln (xy) [/ math] con la sustitución [math] z = \ ln (xy) [/ math]

[matemáticas] xy ‘= y ln (xy) [/ matemáticas]

Dejar

[matemáticas] z = ln (xy) [/ matemáticas]

[matemáticas] \ frac {dz} {dx} = \ frac {d [ln (xy)]} {dx} [/ matemáticas]

O, [matemática] \ frac {dz} {dx} = \ frac {1} {xy} [y \ frac {dx} {dx} + x \ frac {dy} {dx}] [/ math]

O, [matemáticas] \ frac {dz} {dx} = \ frac {1} {xy} [y + xy ‘] [/ matemáticas]

O, [matemáticas] y + xy ‘= xy \ frac {dz} {dx} [/ matemáticas]

O, [matemáticas] xy ‘= xy \ frac {dz} {dx} -y [/ matemáticas]

Poniendo esto en la ecuación

[matemáticas] xy \ frac {dz} {dx} -y = yz [/ matemáticas]

O, [matemáticas] x \ frac {dz} {dx} -1 = z [/ matemáticas]

O, [matemáticas] x \ frac {dz} {dx} = 1 + z [/ matemáticas]

O, [matemáticas] \ frac {dz} {1 + z} = \ frac {dx} {x} [/ matemáticas]

Integrando ambos lados obtenemos

O, [matemáticas] \ int \ frac {dz} {1 + z} = \ int \ frac {dx} {x} [/ matemáticas]

O, [matemáticas] \ ln (1 + z) = \ ln (x) + \ ln c [/ matemáticas]

O, [matemáticas] \ ln (1 + z) = \ ln (cx) [/ matemáticas]

O, [matemáticas] 1+ z = cx [/ matemáticas]

O, [matemáticas] 1+ ln (xy) = cx [/ matemáticas]

Es la solucion.

Si hay algún error, dime

¡Yay, ecuaciones diferenciales!

Cada vez que vemos la palabra “sustitución”, ayuda hacer lo que dice: ¡sustituir! Así que vamos a sustituirlo todo lentamente.

Se nos da [matemáticas] z = \ ln (xy) [/ matemáticas]. Eso significa [matemáticas] xy = e ^ z [/ matemáticas]. Desde aquí vemos que [math] y = \ displaystyle \ frac {e ^ z} {x} [/ math], para sustituir [math] y [/ math] a la derecha. Diferenciamos [matemática] y [/ matemática] con respecto a [matemática] x [/ matemática] para obtener [matemática] y ‘= \ displaystyle \ frac {xe ^ z – e ^ z} {x ^ 2} \ frac { dz} {dx} [/ math]. Ahora, sustituyendo [math] y [/ math] y [math] y ‘[/ math] respectivamente, obtenemos:

[matemáticas] x \ displaystyle \ frac {xe ^ z – e ^ z} {x ^ 2} \ frac {dz} {dx} = z \ displaystyle \ frac {e ^ z} {x} [/ math].

Simplificando aún más el uso de la manipulación algebraica, obtenemos

[matemáticas] (x – 1) \ frac {dz} {dx} = z [/ matemáticas].

Separe las variables ([matemáticas] x [/ matemáticas] a la izquierda y [matemáticas] z [/ matemáticas] a la derecha),

[matemáticas] \ displaystyle \ frac {1} {z} dz = \ frac {1} {x-1} dx [/ matemáticas].

Integrando en ambos lados:

[matemáticas] \ ln {| z |} = \ ln {| x-1 |} + C [/ matemáticas]

y

[matemáticas] z = \ pm (x-1 + e ^ C) [/ matemáticas].

Termine sustituyendo [math] z [/ math] en [math] y [/ math]:

[matemáticas] y = \ displaystyle \ frac {e ^ {\ pm (x-1 + e ^ C)}} {x} [/ matemáticas].

[matemáticas] \ dfrac {dy} {dx} = \ dfrac {y} {x} \ ln xy [/ matemáticas]

[matemáticas] xy = z [/ matemáticas]

[matemáticas] \ dfrac {d \ dfrac {z} {x}} {dx} = \ dfrac {z} {x ^ 2} \ ln z [/ matemáticas]

a través de la regla de la cadena

[matemáticas] \ dfrac {1} {x} \ dfrac {dz} {dx} -z \ dfrac {1} {x ^ 2} = \ dfrac {z} {x ^ 2} \ ln z [/ math]

reorganizar:

[matemáticas] \ dfrac {dz} {dx} = \ dfrac {z (\ ln z + 1)} {x} [/ matemáticas]

[matemáticas] \ dfrac {dz} {z (\ ln z + 1)} = \ dfrac {1} {x} \, dx [/ matemáticas]

[matemáticas] \ displaystyle \ int \ dfrac {dz} {z (\ ln z + 1)} = \ displaystyle \ int \ dfrac {1} {x} \, dx [/ math]

[matemáticas] \ displaystyle \ int \ dfrac {dz} {z (\ ln z + 1)} = \ ln x + C [/ matemáticas]

[matemáticas] \ ln z + 1 = u [/ matemáticas]

[matemáticas] \ dfrac {1} {z} \, dz = du [/ matemáticas]

[matemáticas] \ displaystyle \ int \ dfrac {du} {u} = \ ln x + C [/ matemáticas]

[matemáticas] \ ln u = \ ln x + C [/ matemáticas]

[matemáticas] u = e ^ {\ ln x + C} [/ matemáticas]

[matemáticas] \ ln xy + 1 = e ^ {\ ln x + C} [/ matemáticas]

[matemáticas] \ ln xy = e ^ {\ ln x + C} -1 [/ matemáticas]

[matemáticas] xy = e ^ {e ^ {\ ln x + C} -1} [/ matemáticas]

[matemáticas] y = \ dfrac {e ^ {e ^ {\ ln x + C} -1}} {x} [/ matemáticas]

[matemáticas] y = \ dfrac {e ^ {xe ^ C}} {ex} [/ matemáticas]

let [matemáticas] e ^ {e ^ C} = k [/ matemáticas]

[matemáticas] y = \ dfrac {k ^ {x}} {ex} [/ matemáticas]