Solve the differential equations using separating variables.
1. Cosy + ( 1+ e raise to power of -x ) siny dy/dx equal zero. Given that y= π/4 when x=0.
2. X raise to power of 2 ( y +1 ) + y raise to power of 2 ( x - 1 ) dy/dx equal zero.
Solution:
1. cos y + ( 1 + e − x ) sin y d y d x = 0 \cos{y}+(1+e^{-x})\sin{y}\frac{dy}{dx}=0 cos y + ( 1 + e − x ) sin y d x d y = 0
cos y = − ( 1 + e − x ) sin y d y d x \cos{y}=-(1+e^{-x})\sin{y}\frac{dy}{dx} cos y = − ( 1 + e − x ) sin y d x d y
d x 1 + e − x = − sin y d y cos y \frac{dx}{1+e^{-x}}=-\frac{\sin{y}dy}{\cos{y}} 1 + e − x d x = − c o s y s i n y d y
∫ d x 1 + e − x = − ∫ sin y d y cos y \int\frac{dx}{1+e^{-x}}=-\int\frac{\sin{y}dy}{\cos{y}} ∫ 1 + e − x d x = − ∫ c o s y s i n y d y
∫ e x d x 1 + e x = ∫ d cos y cos y \int\frac{e^{x}dx}{1+e^{x}}=\int\frac{d\cos{y}}{\cos{y}} ∫ 1 + e x e x d x = ∫ c o s y d c o s y
∫ d ( e x + 1 ) 1 + e x = ∫ d cos y cos y \int\frac{d(e^{x}+1)}{1+e^{x}}=\int\frac{d\cos{y}}{\cos{y}} ∫ 1 + e x d ( e x + 1 ) = ∫ c o s y d c o s y
ln ( e x + 1 ) + ln C = ln cos y \ln(e^x+1)+\ln{C}=\ln{\cos{y}} ln ( e x + 1 ) + ln C = ln cos y
cos y = C ( e x + 1 ) \cos{y}=C(e^x+1) cos y = C ( e x + 1 )
cos π 4 = C ( e 0 + 1 ) \cos{\frac{\pi}{4}}=C(e^0+1) cos 4 π = C ( e 0 + 1 )
1 2 = C ⋅ 2 \frac{1}{\sqrt2}=C\cdot2 2 1 = C ⋅ 2
C = 1 2 2 = 2 4 C=\frac{1}{2\sqrt2}=\frac{\sqrt2}{4} C = 2 2 1 = 4 2
cos y = 2 4 ( e x + 1 ) \cos{y}=\frac{\sqrt2}{4}(e^x+1) cos y = 4 2 ( e x + 1 ) .
2. x 2 ( y + 1 ) + y 2 ( x − 1 ) d y d x = 0 x^2(y+1)+y^2(x-1)\frac{dy}{dx}=0 x 2 ( y + 1 ) + y 2 ( x − 1 ) d x d y = 0
x 2 ( y + 1 ) = − y 2 ( x − 1 ) d y d x x^2(y+1)=-y^2(x-1)\frac{dy}{dx} x 2 ( y + 1 ) = − y 2 ( x − 1 ) d x d y
x 2 d x x − 1 = − y 2 d y y + 1 \frac{x^2dx}{x-1}=-\frac{y^2dy}{y+1} x − 1 x 2 d x = − y + 1 y 2 d y
∫ ( x − 1 + 1 ) 2 d x x − 1 = − ∫ ( y + 1 − 1 ) 2 d y y + 1 \int\frac{(x-1+1)^2dx}{x-1}=-\int\frac{(y+1-1)^2dy}{y+1} ∫ x − 1 ( x − 1 + 1 ) 2 d x = − ∫ y + 1 ( y + 1 − 1 ) 2 d y
∫ ( ( x − 1 ) + 2 + 1 x − 1 ) d x = − ∫ ( ( y + 1 ) − 2 + 1 y + 1 ) d y \int((x-1)+2+\frac{1}{x-1})dx=-\int((y+1)-2+\frac{1}{y+1})dy ∫ (( x − 1 ) + 2 + x − 1 1 ) d x = − ∫ (( y + 1 ) − 2 + y + 1 1 ) d y
∫ ( x + 1 + 1 x − 1 ) d x = − ∫ ( y − 1 + 1 y + 1 ) d y \int(x+1+\frac{1}{x-1})dx=-\int(y-1+\frac{1}{y+1})dy ∫ ( x + 1 + x − 1 1 ) d x = − ∫ ( y − 1 + y + 1 1 ) d y
1 2 ( x + 1 ) 2 + ln ∣ x − 1 ∣ = − 1 2 ( y − 1 ) 2 − ln ∣ y + 1 ∣ + ln C \frac12(x+1)^2+\ln{|x-1|}=-\frac12(y-1)^2-\ln{|y+1|}+\ln{C} 2 1 ( x + 1 ) 2 + ln ∣ x − 1∣ = − 2 1 ( y − 1 ) 2 − ln ∣ y + 1∣ + ln C
( x − 1 ) ( y + 1 ) = C e − 1 2 ( ( x + 1 ) 2 + ( y − 1 ) 2 ) (x-1)(y+1)=Ce^{-\frac12((x+1)^2+(y-1)^2)} ( x − 1 ) ( y + 1 ) = C e − 2 1 (( x + 1 ) 2 + ( y − 1 ) 2 )
Answer:
1. cos y = 2 4 ( e x + 1 ) \cos{y}=\frac{\sqrt2}{4}(e^x+1) cos y = 4 2 ( e x + 1 )
2. ( x − 1 ) ( y + 1 ) = C e − 1 2 ( ( x + 1 ) 2 + ( y − 1 ) 2 ) (x-1)(y+1)=Ce^{-\frac12((x+1)^2+(y-1)^2)} ( x − 1 ) ( y + 1 ) = C e − 2 1 (( x + 1 ) 2 + ( y − 1 ) 2 )
Comments