1)
d y d x − 3 y = e 2 x \displaystyle
\frac{dy}{dx}-3y=e^{2x} d x d y − 3 y = e 2 x
Integrating factor = e − 3 x \displaystyle
=e^{-3x} = e − 3 x
Multiplying both sides of the given DE yields;
d d x ( y e − 3 x ) = e − x y e − 3 x = ∫ e − x d x = − e − x + c , \displaystyle \frac{d}{dx}(ye^{-3x})=e^{-x}\\
ye^{-3x}=\int e^{-x}\ dx=-e^{-x}+c, d x d ( y e − 3 x ) = e − x y e − 3 x = ∫ e − x d x = − e − x + c , where c is an arbitrary constant.
⇒ y = c e 3 x − e 2 x \displaystyle
\Rightarrow y=ce^{3x}-e^{2x} ⇒ y = c e 3 x − e 2 x
2)
x y d y d x = 2 ( y + 3 ) \displaystyle
xy\frac{dy}{dx}=2(y+3) x y d x d y = 2 ( y + 3 )
By method of separation of variables,
y y + 3 d y d x = 2 x \displaystyle
\frac{y}{y+3}\frac{dy}{dx}=\frac{2}{x} y + 3 y d x d y = x 2
Integrating both sides wrt x yields;
∫ y y + 3 d y d x d x = ∫ 2 x d x ⇒ ∫ y y + 3 d y = ∫ 2 x d x ⇒ ∫ ( 1 − 3 y + 3 ) d y = ∫ 2 x d x ⇒ y − 3 ln ( y + 3 ) = 2 ln ( x ) + ln ( c ) \displaystyle
\int\frac{y}{y+3}\frac{dy}{dx}\ dx=\int\frac{2}{x}\ dx\\
\Rightarrow \int\frac{y}{y+3}\ dy=\int\frac{2}{x}\ dx\\
\Rightarrow\int\left(1-\frac{3}{y+3}\right)\ dy=\int\frac{2}{x}\ dx\\
\Rightarrow y-3\ln(y+3)=2\ln(x)+\ln(c) ∫ y + 3 y d x d y d x = ∫ x 2 d x ⇒ ∫ y + 3 y d y = ∫ x 2 d x ⇒ ∫ ( 1 − y + 3 3 ) d y = ∫ x 2 d x ⇒ y − 3 ln ( y + 3 ) = 2 ln ( x ) + ln ( c ) , where c is an arbitrary constant
⇒ y = c x 2 ( y + 3 ) 3 \displaystyle
\Rightarrow y=cx^2(y+3)^3 ⇒ y = c x 2 ( y + 3 ) 3
3)
( 1 + x 2 ) d y d x − x y ( 1 + y ) = 0 By method of separation of variables, ⇒ 1 y ( y + 1 ) d y d x = x 1 + x 2 ⇒ ( 1 y − 1 y + 1 ) d y d x = x 1 + x 2 \displaystyle
(1+x^2)\frac{dy}{dx}-xy(1+y)=0\\
\text{By method of separation of variables,}\\
\Rightarrow \frac{1}{y(y+1)}\frac{dy}{dx}=\frac{x}{1+x^2}\\
\Rightarrow \left(\frac{1}{y}-\frac{1}{y+1}\right)\frac{dy}{dx}=\frac{x}{1+x^2} ( 1 + x 2 ) d x d y − x y ( 1 + y ) = 0 By method of separation of variables, ⇒ y ( y + 1 ) 1 d x d y = 1 + x 2 x ⇒ ( y 1 − y + 1 1 ) d x d y = 1 + x 2 x , by partial fraction
integrating both sides wrt x yields;
∫ ( 1 y − 1 y + 1 ) d y d x d x = ∫ x 1 + x 2 d x ⇒ ∫ 1 y d y − ∫ 1 y + 1 d y = ∫ x 1 + x 2 d x ⇒ ln ( y ) − ln ( y + 1 ) = 1 2 ln ( x 2 + 1 ) + ln ( c ) \displaystyle
\int\left(\frac{1}{y}-\frac{1}{y+1}\right)\frac{dy}{dx}\ dx=\int\frac{x}{1+x^2}\ dx\\
\Rightarrow\int\frac{1}{y}\ dy-\int\frac{1}{y+1}\ dy=\int\frac{x}{1+x^2}\ dx\\
\Rightarrow \ln(y)-\ln(y+1)=\frac{1}{2}\ln(x^2+1)+\ln(c)\\ ∫ ( y 1 − y + 1 1 ) d x d y d x = ∫ 1 + x 2 x d x ⇒ ∫ y 1 d y − ∫ y + 1 1 d y = ∫ 1 + x 2 x d x ⇒ ln ( y ) − ln ( y + 1 ) = 2 1 ln ( x 2 + 1 ) + ln ( c ) , where c is an arbitrary constant
y y + 1 = c x 2 + 1 \displaystyle
\frac{y}{y+1}=c\sqrt{x^2+1} y + 1 y = c x 2 + 1
4)
sin x 1 + y ⋅ d y d x = cos x \displaystyle
\frac{\sin x}{1+y}\cdot\frac{dy}{dx}=\cos x\\ 1 + y sin x ⋅ d x d y = cos x
By method of separation of variables,
⇒ 1 1 + y d y d x = cos x sin x \displaystyle
\Rightarrow \frac{1}{1+y}\frac{dy}{dx}=\frac{\cos x}{\sin x} ⇒ 1 + y 1 d x d y = sin x cos x
integrating both sides wrt x yields;
∫ 1 1 + y d y d x d x = ∫ cos x sin x d x ⇒ ∫ 1 1 + y d y = ∫ cos x sin x d x ⇒ ln ( y + 1 ) = ln ( sin x ) + ln ( c ) \displaystyle
\int\frac{1}{1+y}\frac{dy}{dx}\ dx=\int\frac{\cos x}{\sin x}\ dx\\
\Rightarrow \int\frac{1}{1+y}\ dy=\int\frac{\cos x}{\sin x}\ dx\\
\Rightarrow\ln(y+1)=\ln(\sin x)+\ln(c) ∫ 1 + y 1 d x d y d x = ∫ sin x cos x d x ⇒ ∫ 1 + y 1 d y = ∫ sin x cos x d x ⇒ ln ( y + 1 ) = ln ( sin x ) + ln ( c ) , where c is an arbitrary constant
⇒ y = c sin x − 1 \displaystyle
\Rightarrow y=c\sin x-1 ⇒ y = c sin x − 1
5)
cos 2 ( x ) d y d x = y − 3 \displaystyle
\cos^2(x)\frac{dy}{dx}=y-3 cos 2 ( x ) d x d y = y − 3
By method of separation of variables,
⇒ 1 y − 3 d y d x = 1 cos 2 x \displaystyle
\Rightarrow \frac{1}{y-3}\frac{dy}{dx}=\frac{1}{\cos^2 x} ⇒ y − 3 1 d x d y = cos 2 x 1
integrating both sides wrt x yields;
⇒ ∫ 1 y − 3 d y d x d x = ∫ 1 cos 2 x d x ⇒ ∫ 1 y − 3 d y = ∫ 1 cos 2 x d x ⇒ ∫ 1 y − 3 d y = ∫ sec 2 x d x ⇒ ln ( y − 3 ) = tan x + c , \displaystyle
\Rightarrow \int\frac{1}{y-3}\frac{dy}{dx}\ dx=\int\frac{1}{\cos^2 x}\ dx\\
\Rightarrow \int\frac{1}{y-3}\ dy=\int\frac{1}{\cos^2 x}\ dx\\
\Rightarrow \int\frac{1}{y-3}\ dy=\int\sec^2 x\ dx\\
\Rightarrow \ln(y-3)=\tan x+c, ⇒ ∫ y − 3 1 d x d y d x = ∫ cos 2 x 1 d x ⇒ ∫ y − 3 1 d y = ∫ cos 2 x 1 d x ⇒ ∫ y − 3 1 d y = ∫ sec 2 x d x ⇒ ln ( y − 3 ) = tan x + c , where c is an arbitrary constant.
⇒ y = 3 + A e tan ( x ) \displaystyle
\Rightarrow y=3+Ae^{\tan (x)} ⇒ y = 3 + A e t a n ( x ) , where A = e c A=e^c A = e c
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