Answer on Question #74061 – Math – Differential Equations
Question
d y d x = y − x x − 4 y \frac{dy}{dx} = \frac{y - x}{x - 4y} d x d y = x − 4 y y − x Solution
Transforming the right side we get:
y − x x − 4 y = y x − 1 1 − 4 y x \frac{y - x}{x - 4y} = \frac{\frac{y}{x} - 1}{1 - 4\frac{y}{x}} x − 4 y y − x = 1 − 4 x y x y − 1
Now let y x = t \frac{y}{x} = t x y = t , then y = t x y = tx y = t x , and d y d x = d t d x x + t \frac{dy}{dx} = \frac{dt}{dx} x + t d x d y = d x d t x + t . So we have:
d t d x x + t = t − 1 1 − 4 t \frac{dt}{dx} x + t = \frac{t - 1}{1 - 4t} d x d t x + t = 1 − 4 t t − 1 d t d x x = t − 1 1 − 4 t − t = t − 1 1 − 4 t − t ( 1 − 4 t ) 1 − 4 t = t − 1 − t + 4 t 2 1 − 4 t = 4 t 2 − 1 1 − 4 t \frac{dt}{dx} x = \frac{t - 1}{1 - 4t} - t = \frac{t - 1}{1 - 4t} - \frac{t(1 - 4t)}{1 - 4t} = \frac{t - 1 - t + 4t^2}{1 - 4t} = \frac{4t^2 - 1}{1 - 4t} d x d t x = 1 − 4 t t − 1 − t = 1 − 4 t t − 1 − 1 − 4 t t ( 1 − 4 t ) = 1 − 4 t t − 1 − t + 4 t 2 = 1 − 4 t 4 t 2 − 1 d x x = 1 − 4 t 4 t 2 − 1 d t = d t ( 2 t ) 2 − 1 2 − t t 2 − 1 4 d t \frac{dx}{x} = \frac{1 - 4t}{4t^2 - 1} dt = \frac{dt}{(2t)^2 - 1^2} - \frac{t}{t^2 - \frac{1}{4}} dt x d x = 4 t 2 − 1 1 − 4 t d t = ( 2 t ) 2 − 1 2 d t − t 2 − 4 1 t d t
Integrating: ∫ d x x = ∫ d t ( 2 t ) 2 − 1 2 − ∫ t d t t 2 − 1 4 \int \frac{dx}{x} = \int \frac{dt}{(2t)^2 - 1^2} - \int \frac{tdt}{t^2 - \frac{1}{4}} ∫ x d x = ∫ ( 2 t ) 2 − 1 2 d t − ∫ t 2 − 4 1 t d t
We've got: ln ∣ x ∣ = 1 2 ln ∣ 2 t − 1 2 t + 1 ∣ − 1 2 ln ∣ t 2 − 1 4 ∣ + ln ∣ C ∣ \ln |x| = \frac{1}{2}\ln \left|\frac{2t - 1}{2t + 1}\right| - \frac{1}{2}\ln \left|t^2 - \frac{1}{4}\right| + \ln |C| ln ∣ x ∣ = 2 1 ln ∣ ∣ 2 t + 1 2 t − 1 ∣ ∣ − 2 1 ln ∣ ∣ t 2 − 4 1 ∣ ∣ + ln ∣ C ∣
Thus: x = C 2 t − 1 ( 2 t + 1 ) ( t 2 − 1 4 ) = C t − 1 2 ( t + 1 2 ) ( t − 1 2 ) ( t + 1 2 ) = C 1 t + 1 2 x = C \sqrt{\frac{2t - 1}{(2t + 1)(t^2 - \frac{1}{4})}} = C \sqrt{\frac{t - \frac{1}{2}}{(t + \frac{1}{2})(t - \frac{1}{2})(t + \frac{1}{2})}} = C \frac{1}{t + \frac{1}{2}} x = C ( 2 t + 1 ) ( t 2 − 4 1 ) 2 t − 1 = C ( t + 2 1 ) ( t − 2 1 ) ( t + 2 1 ) t − 2 1 = C t + 2 1 1
Remembering that t = y x t = \frac{y}{x} t = x y , we have: y x + 1 2 = C x \frac{y}{x} + \frac{1}{2} = \frac{C}{x} x y + 2 1 = x C , and y = C − x 2 y = C - \frac{x}{2} y = C − 2 x
Answer: y = C − x 2 y = C - \frac{x}{2} y = C − 2 x
Answer provided by https://www.AssignmentExpert.com