1.
P ( x , y ) = x 2 − 4 x y − 2 y 2 P(x,y)=x^2-4xy-2y^2 P ( x , y ) = x 2 − 4 x y − 2 y 2
Q ( x , y ) = y 2 − − 4 x y − 2 x 2 Q(x,y)=y^2--4xy-2x^2 Q ( x , y ) = y 2 − − 4 x y − 2 x 2
∂ P ( x , y ) ∂ y = ∂ Q ( x , y ) ∂ x = − 4 x − 4 y \frac{\partial P(x,y)}{\partial y}=\frac{\partial Q(x,y)}{\partial x}=-4x-4y ∂ y ∂ P ( x , y ) = ∂ x ∂ Q ( x , y ) = − 4 x − 4 y
∂ f ( x , y ) ∂ x = P ( x , y ) \frac{\partial f(x,y)}{\partial x}=P(x,y) ∂ x ∂ f ( x , y ) = P ( x , y )
∂ f ( x , y ) ∂ y = Q ( x , y ) \frac{\partial f(x,y)}{\partial y}=Q(x,y) ∂ y ∂ f ( x , y ) = Q ( x , y )
f ( x , y ) = ∫ ( x 2 − 4 x y − 2 y 2 ) d x = x 3 / 3 − 2 x 2 y − 2 x y 2 + g ( y ) f(x,y)=\int(x^2-4xy-2y^2)dx=x^3/3-2x^2y-2xy^2+g(y) f ( x , y ) = ∫ ( x 2 − 4 x y − 2 y 2 ) d x = x 3 /3 − 2 x 2 y − 2 x y 2 + g ( y )
∂ f ( x , y ) ∂ y = ∂ ∂ y ( x 3 / 3 − 2 x 2 y − 2 x y 2 + g ( y ) ) = − 2 x 2 − 4 x y + d g ( y ) d y \frac{\partial f(x,y)}{\partial y}=\frac{\partial }{\partial y}(x^3/3-2x^2y-2xy^2+g(y))=-2x^2-4xy+\frac{dg(y)}{dy} ∂ y ∂ f ( x , y ) = ∂ y ∂ ( x 3 /3 − 2 x 2 y − 2 x y 2 + g ( y )) = − 2 x 2 − 4 x y + d y d g ( y )
− 2 x 2 − 4 x y + d g ( y ) d y = − 2 x 2 − 4 x y + y 2 -2x^2-4xy+\frac{dg(y)}{dy}=-2x^2-4xy+y^2 − 2 x 2 − 4 x y + d y d g ( y ) = − 2 x 2 − 4 x y + y 2
d g ( y ) d y = y 2 \frac{dg(y)}{dy}=y^2 d y d g ( y ) = y 2
g ( y ) = y 3 / 3 g(y)=y^3/3 g ( y ) = y 3 /3
f ( x , y ) = x 3 / 3 − 2 x 2 y − 2 x y 2 + y 3 / 3 f(x,y)=x^3/3-2x^2y-2xy^2+y^3/3 f ( x , y ) = x 3 /3 − 2 x 2 y − 2 x y 2 + y 3 /3
The solution is f ( x , y ) = c f(x,y)=c f ( x , y ) = c
x 3 / 3 − 2 x 2 y − 2 x y 2 + y 3 / 3 = c x^3/3-2x^2y-2xy^2+y^3/3=c x 3 /3 − 2 x 2 y − 2 x y 2 + y 3 /3 = c
2.
P ( x , y ) = y + 2 x y − t a n y P(x,y)=y+2xy-tany P ( x , y ) = y + 2 x y − t an y
Q ( x , y ) = x 2 − − s e c 2 y − x t a n 2 y Q(x,y)=x^2--sec^2y-xtan^2y Q ( x , y ) = x 2 − − se c 2 y − x t a n 2 y
∂ P ( x , y ) ∂ y = ∂ Q ( x , y ) ∂ x = 2 x − s e c 2 y + 1 \frac{\partial P(x,y)}{\partial y}=\frac{\partial Q(x,y)}{\partial x}=2x-sec^2y+1 ∂ y ∂ P ( x , y ) = ∂ x ∂ Q ( x , y ) = 2 x − se c 2 y + 1
∂ f ( x , y ) ∂ x = P ( x , y ) \frac{\partial f(x,y)}{\partial x}=P(x,y) ∂ x ∂ f ( x , y ) = P ( x , y )
∂ f ( x , y ) ∂ y = Q ( x , y ) \frac{\partial f(x,y)}{\partial y}=Q(x,y) ∂ y ∂ f ( x , y ) = Q ( x , y )
f ( x , y ) = ∫ ( y + 2 x y − t a n y ) d x = x y + x 2 y − x t a n y + g ( y ) f(x,y)=\int(y+2xy-tany)dx=xy+x^2y-xtany+g(y) f ( x , y ) = ∫ ( y + 2 x y − t an y ) d x = x y + x 2 y − x t an y + g ( y )
∂ f ( x , y ) ∂ y = ∂ ∂ y ( x y + x 2 y − x t a n y + g ( y ) ) = x + x 2 − x s e c 2 y + d g ( y ) d y \frac{\partial f(x,y)}{\partial y}=\frac{\partial }{\partial y}(xy+x^2y-xtany+g(y))=x+x^2-xsec^2y+\frac{dg(y)}{dy} ∂ y ∂ f ( x , y ) = ∂ y ∂ ( x y + x 2 y − x t an y + g ( y )) = x + x 2 − x se c 2 y + d y d g ( y )
x + x 2 − x s e c 2 y + d g ( y ) d y = x 2 − − s e c 2 y − x t a n 2 y x+x^2-xsec^2y+\frac{dg(y)}{dy}=x^2--sec^2y-xtan^2y x + x 2 − x se c 2 y + d y d g ( y ) = x 2 − − se c 2 y − x t a n 2 y
d g ( y ) d y = − s e c 2 y \frac{dg(y)}{dy}=-sec^2y d y d g ( y ) = − se c 2 y
g ( y ) = − t a n y g(y)=-tany g ( y ) = − t an y
f ( x , y ) = x y + x 2 y − t a n y − x t a n y f(x,y)=xy+x^2y-tany-xtany f ( x , y ) = x y + x 2 y − t an y − x t an y
x y + x 2 y − t a n y − x t a n y = c xy+x^2y-tany-xtany=c x y + x 2 y − t an y − x t an y = c
5.
3 y y ′ y 2 − 4 = x \frac{3yy'}{y^2-4}=x y 2 − 4 3 y y ′ = x
∫ 3 y d y y 2 − 4 = ∫ x d x \int\frac{3ydy}{y^2-4}=\int xdx ∫ y 2 − 4 3 y d y = ∫ x d x
3 l n ( y 2 − 4 ) = x 2 + c 1 3ln(y^2-4)=x^2+c_1 3 l n ( y 2 − 4 ) = x 2 + c 1
y = c e x 2 / 3 + 4 y=\sqrt{ce^{x^2/3}+4} y = c e x 2 /3 + 4
3.
M d x + N d y = 0 Mdx+Ndy=0 M d x + N d y = 0
M = 2 x y 4 e y + 2 x y 3 + y M=2xy^4e^y+2xy^3+y M = 2 x y 4 e y + 2 x y 3 + y
N = x 2 y 4 e y − x 2 y 2 − 3 x N=x^2y^4e^y-x^2y^2-3x N = x 2 y 4 e y − x 2 y 2 − 3 x
∂ M ∂ y = 2 x ( y 4 e y + 4 y 3 e y ) + 6 x y 2 + 1 \frac{\partial M}{\partial y}=2x(y^4e^y+4y^3e^y)+6xy^2+1 ∂ y ∂ M = 2 x ( y 4 e y + 4 y 3 e y ) + 6 x y 2 + 1
∂ N ∂ x = 2 x y 4 e y − 2 x y 2 − 3 \frac{\partial N}{\partial x}=2xy^4e^y-2xy^2-3 ∂ x ∂ N = 2 x y 4 e y − 2 x y 2 − 3
∂ M ∂ y − ∂ N ∂ x M = − 8 x y 2 − 4 − 8 x y 3 e y 2 x y 4 e y + 2 x y 3 + y = − 4 y \frac{\frac{\partial M}{\partial y}-\frac{\partial N}{\partial x}}{M}=\frac{-8xy^2-4-8xy^3e^y}{2xy^4e^y+2xy^3+y}=-\frac{4}{y} M ∂ y ∂ M − ∂ x ∂ N = 2 x y 4 e y + 2 x y 3 + y − 8 x y 2 − 4 − 8 x y 3 e y = − y 4
Integrating factor:
e ∫ ( − 4 / y ) d y = 1 / y 4 e^{\int(-4/y)dy}=1/y^4 e ∫ ( − 4/ y ) d y = 1/ y 4
Multiplying by the I.f. we get:
( 2 x e y + 2 x / y + 1 / y 3 ) d x + ( x 2 e y − x 2 y 2 − 3 x / y 4 ) d y = 0 (2xe^y+2x/y+1/y^3)dx+(x^2e^y-x^2y^2-3x/y^4)dy=0 ( 2 x e y + 2 x / y + 1/ y 3 ) d x + ( x 2 e y − x 2 y 2 − 3 x / y 4 ) d y = 0
which is exact.
Then:
∫ ( 2 x e y + 2 x / y + 1 / y 3 ) d x = x 2 e y + x 2 / y + x / y 3 \int (2xe^y+2x/y+1/y^3)dx=x^2e^y+x^2/y+x/y^3 ∫ ( 2 x e y + 2 x / y + 1/ y 3 ) d x = x 2 e y + x 2 / y + x / y 3
Solution:
x 2 e y + x 2 / y + x / y 3 = c x^2e^y+x^2/y+x/y^3=c x 2 e y + x 2 / y + x / y 3 = c
4.
∂ M ∂ y − ∂ N ∂ x M = − t a n y \frac{\frac{\partial M}{\partial y}-\frac{\partial N}{\partial x}}{M}=-tany M ∂ y ∂ M − ∂ x ∂ N = − t an y
I.f.:
e ∫ − t a n y d y = c o s y e^{\int-tanydy}=cosy e ∫ − t an y d y = cosy
Then:
( y / x s e c y − t a n y ) c o s y d x + ( s e c y l o g x − x ) c o s y d y = 0 (y/x secy-tany)cosydx+(secy logx-x)cosydy=0 ( y / x secy − t an y ) cosy d x + ( secy l o gx − x ) cosy d y = 0
( y / x − s i n x ) d x − ( x c o s y − l o g x ) d y = 0 (y/x-sinx)dx-(xcosy-logx)dy=0 ( y / x − s in x ) d x − ( x cosy − l o gx ) d y = 0
∫ ( y / x − s i n x ) d x = y l o g x − x s i n y \int (y/x-sinx)dx=ylogx-xsiny ∫ ( y / x − s in x ) d x = y l o gx − x s in y
Solution:
y l o g x − x s i n y = c ylogx-xsiny=c y l o gx − x s in y = c
Comments