( y 2 − 2 x ) ⋅ d y d x + y = 0 ∣ × ( d x ) ( y ) ⏟ M ( x , y ) d x + ( y 2 − 2 x ) ⏟ N ( x , y ) d y = 0 ∂ M ( x , y ) ∂ y = 1 ≠ − 2 = ∂ N ( x , y ) ∂ x \left.\left(y^2-2x\right)\cdot\frac{dy}{dx}+y=0\right|\times(dx)\\[0.3cm]
\underbrace{\left(y\right)}_{M(x,y)}dx+\underbrace{\left(y^2-2x\right)}_{N(x,y)}dy=0\\[0.3cm]
\frac{\partial M(x,y)}{\partial y}=1\neq-2=\frac{\partial N(x,y)}{\partial x} ( y 2 − 2 x ) ⋅ d x d y + y = 0 ∣ ∣ × ( d x ) M ( x , y ) ( y ) d x + N ( x , y ) ( y 2 − 2 x ) d y = 0 ∂ y ∂ M ( x , y ) = 1 = − 2 = ∂ x ∂ N ( x , y )
Conclusion,
y d x + ( y 2 − 2 x ) d y = 0 − not exact \boxed{ydx+\left(y^2-2x\right)dy=0-\text{not exact}} y d x + ( y 2 − 2 x ) d y = 0 − not exact
This means that we must find the form of the integrating factor for the equation to be exact.
Since,
φ ( y ) = ∂ M ( x , y ) ∂ y − ∂ N ( x , y ) ∂ x − M = 1 − ( − 2 ) − y = − 3 y \varphi(y)=\frac{\displaystyle\frac{\partial M(x,y)}{\partial y}-\displaystyle\frac{\partial N(x,y)}{\partial x}}{-M}=\frac{1-(-2)}{-y}=-\frac{3}{y} φ ( y ) = − M ∂ y ∂ M ( x , y ) − ∂ x ∂ N ( x , y ) = − y 1 − ( − 2 ) = − y 3
The function φ ( y ) \varphi(y) φ ( y ) is only for the variable y y y , then the integrating factor has the form
μ ( y ) = e ∫ φ ( y ) d y = e − ∫ 3 / y d y = e − 3 ln y = e ln y − 3 = y − 3 μ ( y ) = 1 y 3 \mu(y)=e^{\int\varphi(y)dy}=e^{-\int3/ydy}=e^{-3\ln y}=e^{\ln y^{-3}}=y^{-3}\\[0.3cm]
\boxed{\mu(y)=\frac{1}{y^3}} μ ( y ) = e ∫ φ ( y ) d y = e − ∫ 3/ y d y = e − 3 l n y = e l n y − 3 = y − 3 μ ( y ) = y 3 1
Then,
( 1 y 3 ) × ∣ ( y 2 − 2 x ) d y + y d x = 0 ( 1 y 2 ) ⏟ F x ′ ( x , y ) d x + ( 1 y − 2 x y 3 ) ⏟ F y ′ ( x , y ) d y = 0 ∂ F ∂ x = 1 y 2 ⟶ F ( x , y ) = ∫ d x y 2 + g ( y ) F ( x , y ) = x y 2 + g ( y ) ⟶ F y ′ ( x , y ) = g ′ ( y ) − 2 x y 3 g ′ ( y ) − 2 x y 3 = 1 y − 2 x y 3 ⟶ d g d y = 1 y ⟶ g ( y ) = ln ∣ y ∣ \left(\frac{1}{y^3}\right)\times\left|\left(y^2-2x\right)dy+ydx=0\right.\\[0.3cm]
\underbrace{\left(\frac{1}{y^2}\right)}_{F'_x(x,y)}dx+\underbrace{\left(\frac{1}{y}-\frac{2x}{y^3}\right)}_{F'_y(x,y)}dy=0\\[0.3cm]
\frac{\partial F}{\partial x}=\frac{1}{y^2}\longrightarrow F(x,y)=\int\frac{dx}{y^2}+g(y)\\[0.3cm]
F(x,y)=\frac{x}{y^2}+g(y)\longrightarrow F'_y(x,y)=g'(y)-\frac{2x}{y^3}\\[0.3cm]
g'(y)-\frac{2x}{y^3}=\frac{1}{y}-\frac{2x}{y^3}\longrightarrow\frac{dg}{dy}=\frac{1}{y}\longrightarrow\\[0.3cm]
\boxed{g(y)=\ln|y|} ( y 3 1 ) × ∣ ∣ ( y 2 − 2 x ) d y + y d x = 0 F x ′ ( x , y ) ( y 2 1 ) d x + F y ′ ( x , y ) ( y 1 − y 3 2 x ) d y = 0 ∂ x ∂ F = y 2 1 ⟶ F ( x , y ) = ∫ y 2 d x + g ( y ) F ( x , y ) = y 2 x + g ( y ) ⟶ F y ′ ( x , y ) = g ′ ( y ) − y 3 2 x g ′ ( y ) − y 3 2 x = y 1 − y 3 2 x ⟶ d y d g = y 1 ⟶ g ( y ) = ln ∣ y ∣ Conclusion,
F ( x , y ) = x y 2 + ln ∣ y ∣ ⟶ ( 1 y 2 ) d x + ( 1 y − 2 x y 3 ) d y = 0 d ( x y 2 + ln ∣ y ∣ ) = 0 ⟶ x y 2 + ln ∣ y ∣ = C o n s t F(x,y)=\frac{x}{y^2}+\ln|y|\longrightarrow\left(\frac{1}{y^2}\right)dx+\left(\frac{1}{y}-\frac{2x}{y^3}\right)dy=0\\[0.3cm]
d\left(\frac{x}{y^2}+\ln|y|\right)=0\longrightarrow\boxed{\frac{x}{y^2}+\ln|y|=Const} F ( x , y ) = y 2 x + ln ∣ y ∣ ⟶ ( y 2 1 ) d x + ( y 1 − y 3 2 x ) d y = 0 d ( y 2 x + ln ∣ y ∣ ) = 0 ⟶ y 2 x + ln ∣ y ∣ = C o n s t
This equation defines a function y ( x ) y(x) y ( x ) which is a solution to the original equation
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