d y d x = y ( 2 x 2 − x y + 1 ) y − x Substitute y = v x x d v d x + v = v x ( 2 x 2 − v x 2 + 1 ) v x − v x d v d x = v ( 2 x 2 − v x 2 + 1 ) v − 1 − v d v d x = v ( 2 x 2 − v x 2 + 1 ) x ( v − 1 ) − v x d v d x = 2 v x 2 − v 2 x 2 − v 2 + 2 v x ( v − 1 ) = ( x 2 + 1 ) ( 2 v − v 2 ) x ( v − 1 ) v − 1 v ( 2 − v ) d v = x + 1 x d x ∫ v − 1 v ( 2 − v ) d v = ∫ x + 1 x d x ∫ v − 1 2 v d v + ∫ v − 1 2 ( 2 − v ) d v = ∫ x + 1 x d x ∫ v − 1 2 v d v − ∫ v − 1 2 ( v − 2 ) d v = ∫ x + 1 x d x ∫ v − 1 2 v d v − ∫ v − 2 + 1 2 ( v − 2 ) d v = x 2 2 + ln x + C v 2 − ln v 2 − v 2 − ln ( v − 2 ) 2 = x 2 2 + ln x + C − ln ( v 2 − 2 v ) 2 = x 2 2 + ln x + C ln ( v 2 − 2 v ) = − x 2 − 2 ln x + C v 2 − 2 v = A e − x 2 − 2 ln x = A x 2 e − x 2 y 2 x 2 − 2 y x = A x 2 e − x 2 y 2 − 2 x y = A e − x 2 y 2 − 2 x y − A e − x 2 = 0 ∴ y = x ± x 2 + A e − x 2 is the solution to the ODE \displaystyle
\frac{\mathrm{d}y}{\mathrm{d}x} = \frac{y(2x^2 - xy + 1)}{y - x} \\
\textsf{Substitute}\,\, y = vx\\
x\frac{\mathrm{d}v}{\mathrm{d}x} + v = \frac{vx(2x^2 - vx^2 + 1)}{vx - v}\\
x\frac{\mathrm{d}v}{\mathrm{d}x} = \frac{v(2x^2 - vx^2 + 1)}{v - 1} - v\\
\frac{\mathrm{d}v}{\mathrm{d}x} = \frac{v(2x^2 - vx^2 + 1)}{x(v - 1)} - \frac{v}{x}\\
\frac{\mathrm{d}v}{\mathrm{d}x} = \frac{2vx^2 - v^2x^2 - v^2 + 2v}{x(v - 1)} = \frac{(x^2 + 1)(2v - v^2)}{x(v - 1)}\\
\frac{v - 1}{v(2 - v)} \,\,\mathrm{d}v = x + \frac{1}{x} \,\, \mathrm{d}x\\
\int\frac{v - 1}{v(2 - v)} \,\,\mathrm{d}v = \int x + \frac{1}{x} \,\, \mathrm{d}x\\
\int\frac{v - 1}{2v} \,\,\mathrm{d}v + \int\frac{v - 1}{2(2 - v)} \,\,\mathrm{d}v = \int x + \frac{1}{x} \,\, \mathrm{d}x\\
\int\frac{v - 1}{2v} \,\,\mathrm{d}v - \int\frac{v - 1}{2(v - 2)} \,\,\mathrm{d}v = \int x + \frac{1}{x} \,\, \mathrm{d}x\\
\int\frac{v - 1}{2v} \,\,\mathrm{d}v - \int\frac{v - 2 + 1}{2(v - 2)} \,\,\mathrm{d}v = \frac{x^2}{2} + \ln{x} + C\\
\frac{v}{2} - \frac{\ln{v}}{2} - \frac{v}{2} - \frac{\ln{(v - 2)}}{2}= \frac{x^2}{2} +\ln{x} + C\\
-\frac{\ln{\left(v^2 - 2v\right)}}{2}= \frac{x^2}{2} + \ln{x} + C\\
\ln\left(v^2 - 2v\right) = -x^2 - 2\ln{x} + C \\
v^2 - 2v = Ae^{-x^2 - 2\ln{x}} = \frac{A}{x^2} e^{-x^2}\\
\frac{y^2}{x^2} - \frac{2y}{x} =\frac{A}{x^2} e^{-x^2} \\
y^2 - 2xy = A e^{-x^2}\\
y^2 - 2xy - Ae^{-x^2} = 0\\
\therefore y = x \pm \sqrt{x^2 + Ae^{-x^2}}
\textsf{is the solution to the ODE}\\ d x d y = y − x y ( 2 x 2 − x y + 1 ) Substitute y = vx x d x d v + v = vx − v vx ( 2 x 2 − v x 2 + 1 ) x d x d v = v − 1 v ( 2 x 2 − v x 2 + 1 ) − v d x d v = x ( v − 1 ) v ( 2 x 2 − v x 2 + 1 ) − x v d x d v = x ( v − 1 ) 2 v x 2 − v 2 x 2 − v 2 + 2 v = x ( v − 1 ) ( x 2 + 1 ) ( 2 v − v 2 ) v ( 2 − v ) v − 1 d v = x + x 1 d x ∫ v ( 2 − v ) v − 1 d v = ∫ x + x 1 d x ∫ 2 v v − 1 d v + ∫ 2 ( 2 − v ) v − 1 d v = ∫ x + x 1 d x ∫ 2 v v − 1 d v − ∫ 2 ( v − 2 ) v − 1 d v = ∫ x + x 1 d x ∫ 2 v v − 1 d v − ∫ 2 ( v − 2 ) v − 2 + 1 d v = 2 x 2 + ln x + C 2 v − 2 ln v − 2 v − 2 ln ( v − 2 ) = 2 x 2 + ln x + C − 2 ln ( v 2 − 2 v ) = 2 x 2 + ln x + C ln ( v 2 − 2 v ) = − x 2 − 2 ln x + C v 2 − 2 v = A e − x 2 − 2 l n x = x 2 A e − x 2 x 2 y 2 − x 2 y = x 2 A e − x 2 y 2 − 2 x y = A e − x 2 y 2 − 2 x y − A e − x 2 = 0 ∴ y = x ± x 2 + A e − x 2 is the solution to the ODE
Comments
Leave a comment