Bagaimana saya boleh menyelesaikan persamaan pembezaan ini?

Bagaimana saya boleh menyelesaikan persamaan pembezaan ini?
Anonim

Jawapan:

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

Penjelasan:

Ini adalah persamaan pembezaan boleh dibezakan, yang hanya bermakna bahawa ia mungkin untuk mengelompokkan # x # terma & # y # istilah pada sisi bertentangan persamaan. Jadi, inilah yang akan kita lakukan dahulu:

# (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 #

Sekarang, kita mahu dapatkan dy di sebelah dengan y, dan dx di sebelah x dengan x. Kita perlu melakukan sedikit penyusunan semula:

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

Kini, kami mengintegrasikan kedua-dua belah pihak:

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

Mari kita buat setiap yang penting dalam gilirannya:

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

Pertama, mari kita berpecah ini menjadi 2 integral berasingan dengan peraturan tambahan / penolakan:

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

Ini kelihatan seperti menjengkelkan. Walau bagaimanapun, kami boleh memberi mereka sedikit makeover untuk menjadikannya kelihatan lebih baik (dan lebih mudah untuk diselesaikan):

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

Kedua-dua ini kini mudah # u #- integral penggubalan. Jika anda tetapkan #u = -x # dan # -3x # masing-masing, anda akan mendapat jawapan sebagai:

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

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

#Jika kita membuat negatif eksponen positif, kita dapat:

#int (ye ^ y) dy #

Kita perlu menggunakan integrasi dengan bahagian untuk ini. Rumusannya ialah:

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

Kami akan menetapkan #u = y #, dan #dv = e ^ y dy #. Alasannya ialah kita mahu mudah # du # untuk integrasi akhir, dan juga kerana # e ^ y # sangat mudah untuk diintegrasikan.

Jadi:

#u = y #

# => du = dy #

#dv = e ^ y dy #

#v = e ^ y #

Sekarang, kami hanya pasang dan berayun:

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

# = ye ^ y - e ^ y #

Meletakkan segalanya kembali:

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

Menghapuskan eksponen negatif:

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

Dan itulah jawapan akhir yang cukup baik. Jika anda mahu menyelesaikannya # y #, anda boleh, dan anda akan berakhir dengan

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

Perhatikan bahawa kita tidak mempunyai # + C # pada LHS persamaan ini. Alasan untuk ini adalah bahawa walaupun kita meletakkannya, kita akhirnya akan menolaknya daripada RHS, dan pemalar sewenang-wenangnya menolak pemalar sewenang-wenang masih (menunggu untuk itu) pemalar sewenang-wenangnya. Oleh itu, untuk masalah ini selagi anda mempunyai anda # + C # di mana-mana satu persamaan, anda akan baik-baik saja.

Harap yang membantu:)