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\( \left\{ \begin{array} { l } { y ^ { \prime } = x [ 3 - 2 y ] } \\ { y ( 0 ) = 0 } \end{array} \right. \)

Ask by Reid Bond. in Italy
Mar 06,2025

Solución de inteligencia artificial de Upstudy

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La soluzione dell'equazione differenziale è \( y = \frac{3}{2} \left( 1 - \frac{1}{e^{x^2}} \right) \).

Solución

Per risolvere il sistema di equazioni differenziali dato: \[ \left\{ \begin{array} { l } { y' = x [ 3 - 2y ] } \\ { y(0) = 0 } \end{array} \right. \] seguiamo i seguenti passi: 1. **Identificazione dell'equazione differenziale**: L'equazione \( y' = x [ 3 - 2y ] \) è un'equazione differenziale ordinaria di primo ordine. 2. **Separazione delle variabili**: Possiamo riscrivere l'equazione in modo da separare le variabili \( y \) e \( x \): \[ \frac{dy}{3 - 2y} = x \, dx \] 3. **Integrazione**: Ora integriamo entrambi i lati. Iniziamo con il lato sinistro: \[ \int \frac{dy}{3 - 2y} = -\frac{1}{2} \ln |3 - 2y| + C_1 \] Per il lato destro, integriamo: \[ \int x \, dx = \frac{x^2}{2} + C_2 \] 4. **Eguagliamento delle due integrazioni**: Eguagliamo i risultati delle integrazioni: \[ -\frac{1}{2} \ln |3 - 2y| = \frac{x^2}{2} + C \] dove \( C = C_2 - C_1 \). 5. **Risoluzione per \( y \)**: Moltiplichiamo entrambi i lati per -2: \[ \ln |3 - 2y| = -x^2 - 2C \] Esponiamo entrambi i lati: \[ |3 - 2y| = e^{-x^2 - 2C} = \frac{K}{e^{x^2}} \quad (K = e^{-2C}) \] 6. **Risoluzione finale per \( y \)**: \[ 3 - 2y = \pm \frac{K}{e^{x^2}} \] Da cui otteniamo: \[ y = \frac{3}{2} \mp \frac{K}{2e^{x^2}} \] 7. **Applicazione della condizione iniziale**: Utilizziamo la condizione iniziale \( y(0) = 0 \): \[ 0 = \frac{3}{2} \mp \frac{K}{2} \] Da qui, otteniamo \( K = 3 \) (scegliendo il segno positivo per soddisfare la condizione). 8. **Soluzione finale**: Sostituendo \( K \) nella nostra espressione per \( y \): \[ y = \frac{3}{2} - \frac{3}{2e^{x^2}} = \frac{3}{2} \left( 1 - \frac{1}{e^{x^2}} \right) \] Quindi, la soluzione dell'equazione differenziale è: \[ y = \frac{3}{2} \left( 1 - \frac{1}{e^{x^2}} \right) \]

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The Deep Dive

To tackle the initial value problem given by the equation \( y' = x[3 - 2y] \) with \( y(0) = 0 \), we can employ the method of separation of variables. Rearranging the equation yields \(\frac{dy}{3 - 2y} = x \, dx\). Once separated, we can integrate both sides to find the function \( y(x) \) that satisfies the given condition. When integrating, remember to account for solving the logarithmic forms and applying the initial condition \( y(0) = 0 \). This will allow you to determine any constants arising from the integration, leading you to a specific solution. Solving ODEs often requires attention to detail in both integration and application of initial values. A common mistake is forgetting to check if exponentiating back from logarithms can introduce extraneous solutions or not satisfying the initial conditions. So pay close attention to the mathematics, and verify your solutions!

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