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\( x ^ { 2 } y ^ { \prime } = x ^ { 2 } y ^ { 2 } - 2 \quad ; y _ { 0 } = \frac { 1 } { x } \)

Ask by Phillips Alexander. in Turkey
Nov 23,2024

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Answer

Pour résoudre l'équation différentielle \( x^2 y' = x^2 y^2 - 2 \), réécrivez l'équation en séparant les variables \( y \) et \( x \), puis intégrez les deux côtés. Appliquez la condition initiale pour déterminer la constante d'intégration, en notant que la condition initiale \( y(0) = \frac{1}{x} \) est invalide pour \( x = 0 \).

Solution

Pour résoudre l'équation différentielle donnée : \[ x^2 y' = x^2 y^2 - 2 \] avec la condition initiale \( y(0) = \frac{1}{x} \), nous allons d'abord réécrire l'équation sous une forme plus standard. 1. **Réarrangement de l'équation** : Nous pouvons diviser les deux côtés par \( x^2 \) (en supposant \( x \neq 0 \)) : \[ y' = y^2 - \frac{2}{x^2} \] 2. **Séparation des variables** : Nous allons séparer les variables \( y \) et \( x \) : \[ \frac{dy}{y^2 - \frac{2}{x^2}} = dx \] 3. **Intégration** : Nous devons intégrer les deux côtés. L'intégration du côté gauche peut nécessiter une décomposition en fractions partielles ou une substitution appropriée. 4. **Condition initiale** : Une fois que nous avons trouvé la solution générale, nous appliquerons la condition initiale pour déterminer la constante d'intégration. Cependant, il est important de noter que la condition initiale donnée \( y(0) = \frac{1}{x} \) n'est pas définie pour \( x = 0 \). Il semble y avoir une confusion dans la condition initiale, car \( y(0) \) ne peut pas être déterminé de cette manière. Pour une condition initiale valide, nous devrions avoir une valeur de \( y \) à un point \( x \) différent de zéro. Pour continuer, pourriez-vous clarifier la condition initiale ou fournir un autre point de départ ?

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Beyond the Answer

To solve the equation \( x^{2} y' = x^{2} y^{2} - 2 \) with the initial condition \( y(0) = \frac{1}{x} \), we first rearrange the equation to a more standard form for a first-order differential equation. Recognizing the equation involves separable variables, we can separate \( y \) and \( x \) and integrate. This also introduces some unique challenges due to the presence of the term \( y(0) \), especially as \( y \) approaches infinity. The solution can potentially lead to a rich analysis of behavior as \( x \) approaches zero. Notably, understanding how solutions behave under these conditions can help clarify the nature of singularities or discontinuities in differential equations. Differentiating solutions may reveal critical points alongside examining behavior for both small and large values of \( x \).

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