Separate the variables by moving all the y terms to one side of the equation and all the x terms to the other side:
x ( y 2 − 1 ) d y = − y ( y 2 + 1 ) d x x(y^2-1)dy=-y(y^2+1)dx x ( y 2 − 1 ) d y = − y ( y 2 + 1 ) d x ( y 2 − 1 ) d y = − y ( y 2 + 1 ) d x x (y^2-1)dy=-\frac{y(y^2+1)dx}{x} ( y 2 − 1 ) d y = − x y ( y 2 + 1 ) d x y 2 − 1 y ( y 2 + 1 ) d y = − d x x \frac{y^2-1}{y(y^2+1)}dy=-\frac{dx}{x} y ( y 2 + 1 ) y 2 − 1 d y = − x d x Integrate both sides of the equation :
∫ y 2 − 1 y ( y 2 + 1 ) d y = − ∫ d x x \int\frac{y^2-1}{y(y^2+1)}dy=-\int\frac{dx}{x} ∫ y ( y 2 + 1 ) y 2 − 1 d y = − ∫ x d x Solve the first integral using partial fractions:
y 2 − 1 y ( y 2 + 1 ) = A y + B y + C y 2 + 1 = A ( y 2 + 1 ) + ( B y + C ) y y ( y 2 + 1 ) \frac{y^2-1}{y(y^2+1)}=\frac{A}{y}+\frac{By+C}{y^2+1}=\frac{A(y^2+1)+(By+C)y}{y(y^2+1)} y ( y 2 + 1 ) y 2 − 1 = y A + y 2 + 1 B y + C = y ( y 2 + 1 ) A ( y 2 + 1 ) + ( B y + C ) y Then
y 2 − 1 = A ( y 2 + 1 ) + ( B y + C ) y y^2-1=A(y^2+1)+(By+C)y y 2 − 1 = A ( y 2 + 1 ) + ( B y + C ) y y 2 − 1 = A y 2 + A + B y 2 + C y y^2-1=Ay^2+A+By^2 +Cy y 2 − 1 = A y 2 + A + B y 2 + C y y 2 − 1 = ( A + B ) y 2 + A + C y y^2-1=(A+B)y^2+A+Cy y 2 − 1 = ( A + B ) y 2 + A + C y { A + B = 1 A = − 1 C = 0 \begin{cases} A+B=1 \\ A=-1 \\ C=0 \end{cases} ⎩ ⎨ ⎧ A + B = 1 A = − 1 C = 0 { A = − 1 B = 2 C = 0 \begin{cases} A=-1\\ B=2 \\C=0 \end{cases} ⎩ ⎨ ⎧ A = − 1 B = 2 C = 0 Hence
∫ y 2 − 1 y ( y 2 + 1 ) d y = ∫ ( − 1 y + 2 y y 2 + 1 ) d y = \int\frac{y^2-1}{y(y^2+1)}dy=\int(-\frac{1}{y}+\frac{2y}{y^2+1})dy= ∫ y ( y 2 + 1 ) y 2 − 1 d y = ∫ ( − y 1 + y 2 + 1 2 y ) d y =
= − ∫ d y y + ∫ d ( y 2 + 1 ) y 2 + 1 = − l n y + l n ( y 2 + 1 ) =-\int\frac{dy}{y}+\int\frac{d(y^2+1)}{y^2+1}=-ln y+ln (y^2+1) = − ∫ y d y + ∫ y 2 + 1 d ( y 2 + 1 ) = − l n y + l n ( y 2 + 1 ) Then the solution of the differential equation is:
− l n y + l n ( y 2 + 1 ) = − ∫ d x x -ln y+ln (y^2+1)=-\int\frac{dx}{x} − l n y + l n ( y 2 + 1 ) = − ∫ x d x l n y 2 + 1 y = − l n x + l n C ln\frac{y^2+1}{y}=-ln{x}+ln{C} l n y y 2 + 1 = − l n x + l n C l n y 2 + 1 y = l n C x ln\frac{y^2+1}{y}=ln\frac{C}{x} l n y y 2 + 1 = l n x C y 2 + 1 y = C x \frac{y^2+1}{y}=\frac{C}{x} y y 2 + 1 = x C Solve for y:
y 2 + 1 = C x y y^2+1=\frac{C}{x}y y 2 + 1 = x C y y 2 − C x y + 1 = 0 y^2-\frac{C}{x}y+1=0 y 2 − x C y + 1 = 0
y = C x ± C 2 x 2 − 4 2 y=\frac{\frac{C}{x}\pm\sqrt{\frac{C^2}{x^2}-4}}{2} y = 2 x C ± x 2 C 2 − 4 y = C x ± C 2 − 4 x 2 x 2 y=\frac{\frac{C}{x}\pm\frac{\sqrt{C^2-4x^2}}{x}}{2} y = 2 x C ± x C 2 − 4 x 2 y = C ± C 2 − 4 x 2 2 x y=\frac{C\pm\sqrt{C^2-4x^2}}{2x} y = 2 x C ± C 2 − 4 x 2
Answer: y = C ± C 2 − 4 x 2 2 x y=\frac{C\pm\sqrt{C^2-4x^2}}{2x} y = 2 x C ± C 2 − 4 x 2
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