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\( y ^ { \prime } + \frac { 1 } { x } y = x y ^ { 2 } \)

Ask by Lane Chambers. in Turkey
Nov 23,2024

Upstudy AI Solution

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Answer

Pour résoudre l'équation différentielle \( y' + \frac{1}{x} y = x y^2 \), transformez-la en une équation linéaire en substituant \( v = \frac{1}{y} \), puis utilisez le facteur intégrant pour intégrer et trouver \( v \). Enfin, retournez à \( y \) en utilisant \( y = \frac{1}{v} \).

Solution

L'équation différentielle que vous avez donnée est : \[ y' + \frac{1}{x} y = x y^2 \] C'est une équation différentielle ordinaire de type de Bernoulli. Pour la résoudre, nous allons suivre les étapes suivantes : 1. **Identifiez le type d'équation** : C'est une équation de Bernoulli de la forme \( y' + P(x)y = Q(x)y^n \) avec \( n = 2 \). 2. **Transformez l'équation** : Divisons tous les termes par \( y^2 \) pour obtenir une forme plus simple : \[ \frac{y'}{y^2} + \frac{1}{xy} = x \] 3. **Substituez** : Posons \( v = \frac{1}{y} \), donc \( y = \frac{1}{v} \) et \( y' = -\frac{v'}{v^2} \). En substituant dans l'équation, nous obtenons : \[ -\frac{v'}{v^2} + \frac{1}{x} \cdot \frac{1}{v} = x \] 4. **Réorganisez l'équation** : Multiplions par \( -v^2 \) pour simplifier : \[ v' - \frac{v}{x} = -x v^2 \] 5. **Résoudre l'équation linéaire** : Cette équation est maintenant une équation différentielle linéaire en \( v \). Nous pouvons utiliser le facteur intégrant pour la résoudre. Le facteur intégrant est donné par : \[ \mu(x) = e^{\int -\frac{1}{x} \, dx} = e^{-\ln|x|} = \frac{1}{|x|} \] 6. **Multipliez par le facteur intégrant** : \[ \frac{1}{|x|} v' - \frac{1}{x^2} v = -\frac{x v^2}{|x|} \] 7. **Intégrez** : Après avoir multiplié par le facteur intégrant, nous intégrons les deux côtés pour trouver \( v \). 8. **Retour à \( y \)** : Une fois que nous avons trouvé \( v \), nous pouvons revenir à \( y \) en utilisant \( y = \frac{1}{v} \). Cette méthode vous permettra de résoudre l'équation différentielle donnée. Si vous avez besoin d'une solution explicite ou d'une aide supplémentaire, n'hésitez pas à demander !

Answered by UpStudy AI and reviewed by a Professional Tutor

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Simplify this solution

Beyond the Answer

This differential equation is a first-order nonlinear equation, and it’s often encountered in the study of mathematical models involving population dynamics or natural phenomena. The presence of both \( y \) and \( y^2 \) suggests that solutions can exhibit fascinating behaviors, including the potential for multiple equilibrium points or divergent behaviors. To solve it, one common approach is to use an integrating factor or look for substitution that simplifies the equation. A classic mistake is to overlook the non-linear term \( xy^2 \); students often try to separate variables without properly accounting for the implications of the non-linearity, leading to incorrect conclusions. Don't forget to check if your solutions satisfy the original equation!

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