1.
M = x 2 − 4 x y − 2 y 2 M=x^2-4xy-2y^2 M = x 2 − 4 x y − 2 y 2
N = y 2 − 4 x y − 2 x 2 N=y^2-4xy-2x^2 N = y 2 − 4 x y − 2 x 2
∂ M / ∂ y = − 4 x − 4 y = ∂ N / ∂ x \partial M/\partial y=-4x-4y=\partial N/\partial x ∂ M / ∂ y = − 4 x − 4 y = ∂ N / ∂ x
so, equation is exact
∫ M d x = ∫ ( x 2 − 4 x y − 2 y 2 ) d x = x 3 / 3 − 2 x 2 y − 2 y 2 x \int Mdx=\int (x^2-4xy-2y^2)dx=x^3/3-2x^2y-2y^2x ∫ M d x = ∫ ( x 2 − 4 x y − 2 y 2 ) d x = x 3 /3 − 2 x 2 y − 2 y 2 x
∫ N d y = ∫ ( y 2 − 4 x y − 2 x 2 ) d x = y 3 / 3 − 2 x 2 y − 2 y 2 x \int Ndy=\int (y^2-4xy-2x^2)dx=y^3/3-2x^2y-2y^2x ∫ N d y = ∫ ( y 2 − 4 x y − 2 x 2 ) d x = y 3 /3 − 2 x 2 y − 2 y 2 x
omitting -2xy2 - 2x2 y which already occur in ∫Mdx:
x 3 / 3 − 2 x 2 y − 2 y 2 x + y 3 / 3 = c x^3/3-2x^2y-2y^2x+y^3/3=c x 3 /3 − 2 x 2 y − 2 y 2 x + y 3 /3 = c
2.
M = − t a n y + 2 x y + y M= -tany+2xy+y M = − t an y + 2 x y + y
N = x 2 − x t a n 2 y + s e c 2 y N=x^2-xtan^2y+sec^2y N = x 2 − x t a n 2 y + se c 2 y
∂ M / ∂ y = 2 x − t a n 2 y = ∂ N / ∂ x \partial M/\partial y=2x-tan^2y=\partial N/\partial x ∂ M / ∂ y = 2 x − t a n 2 y = ∂ N / ∂ x
so, equation is exact
F = ∫ M d x = ∫ ( − t a n y + 2 x y + y ) d x = x 2 y + x y − x t a n y + g ( y ) F=\int Mdx=\int ( -tany+2xy+y)dx=x^2y+xy-xtany+g(y) F = ∫ M d x = ∫ ( − t an y + 2 x y + y ) d x = x 2 y + x y − x t an y + g ( y )
∂ F / ∂ y = x 2 + x − x s e c 2 y + g ′ ( y ) \partial F/\partial y=x^2+x-xsec^2y+g'(y) ∂ F / ∂ y = x 2 + x − x se c 2 y + g ′ ( y )
x 2 + x − x s e c 2 y + g ′ ( y ) = N = x 2 − x t a n 2 y + s e c 2 y x^2+x-xsec^2y+g'(y)=N=x^2-xtan^2y+sec^2y x 2 + x − x se c 2 y + g ′ ( y ) = N = x 2 − x t a n 2 y + se c 2 y
g ′ ( y ) = s e c 2 y g'(y)=sec^2y g ′ ( y ) = se c 2 y
g ( y ) = ∫ s e c 2 y d y = t a n y + c g(y)=\int sec^2y dy=tany +c g ( y ) = ∫ se c 2 y d y = t an y + c
F = x 2 y + x y − x t a n y + t a n y + c = 0 F=x^2y+xy-xtany+tany+c=0 F = x 2 y + x y − x t an y + t an y + c = 0
3.
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 − ∂ 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
then:
1 y 4 ( 2 x y 4 e y + 2 x y 3 + y ) d x + 1 y 4 ( x 2 y 4 e y − x 2 y 2 − 3 x ) d y = 0 \frac{1}{y^4}(2xy^4e^y+2xy^3+y)dx +\frac{1}{y^4} (x^2y^4e^y-x^2y^2-3x)dy=0 y 4 1 ( 2 x y 4 e y + 2 x y 3 + y ) d x + y 4 1 ( x 2 y 4 e y − x 2 y 2 − 3 x ) d y = 0
M 1 = 2 x e y + 2 x / y + 1 / y 3 M_1=2xe^y+2x/y+1/y^3 M 1 = 2 x e y + 2 x / y + 1/ y 3
N 1 = x 2 e y − x 2 / y 2 − 3 x / y 4 N_1=x^2e^y-x^2/y^2-3x/y^4 N 1 = x 2 e y − x 2 / y 2 − 3 x / y 4
∫ M 1 d x + ∫ \int M_1dx+\intop ∫ M 1 d x + ∫ (terms of N1 free from x)d y = c dy=c d y = c
∫ ( 2 x e y + 2 x / y + 1 / y 3 ) d x = c \int (2xe^y+2x/y+1/y^3)dx=c ∫ ( 2 x e y + 2 x / y + 1/ y 3 ) d x = c
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
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
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