Answer
Para resolver la ecuación \( y' + 1 = \frac{(x + y)^m}{(x + y)^n + y'} \), se puede seguir estos pasos:
1. **Sustitución**: Definir \( u = x + y \) y \( u' = y' + 1 \).
2. **Transformar la Ecuación**: La ecuación se convierte en \( u' = \frac{u^m}{u^n + u'} \).
3. **Aislar \( u' \)**: Multiplicar ambos lados por \( u^n + u' \) para obtener \( u' \cdot u^n + (u')^2 = u^m \).
4. **Forma Cuadrática**: Esto resulta en \( (u')^2 + u^n \cdot u' - u^m = 0 \).
5. **Resolver la Ecuación Cuadrática**: Aplicar la fórmula general para obtener \( u' \).
Finalmente, se obtiene una ecuación cuadrática en \( u' \) que puede ser resuelta para encontrar \( u' \), y luego \( y' \), en términos de \( u \).
Solution
Dada la ecuación
y′ + 1 = (x + y)^m / [(x + y)^n + (x + y)′],
podemos hacer algunas observaciones y transformaciones útiles.
1. Notación de la derivada de (x + y):
Reconozcamos que (x + y)′ representa la derivada de (x + y) respecto a x. Como x′ = 1 y y′ es la derivada de y, se tiene:
(x + y)′ = 1 + y′.
2. Sustitución para simplificar la ecuación:
Es conveniente introducir la variable u definida por
u = x + y.
Entonces, derivando respecto a x, se tiene:
u′ = d/dx (x + y) = 1 + y′.
Observa que en la parte izquierda de la ecuación original aparece y′ + 1, que es precisamente u′.
3. Reescribiendo la ecuación con la variable u:
Sustituyendo y′ + 1 = u′ y (x + y) = u, la ecuación se transforma en:
u′ = u^m / [u^n + u′].
4. Organizando la ecuación:
Multiplicamos ambos lados del igual por el denominador para aislar u′:
u′(u^n + u′) = u^m.
Esto se puede escribir como:
u′² + u^n·u′ − u^m = 0.
Hemos obtenido una ecuación cuadrática en u′.
5. Resolviendo la ecuación cuadrática en u′:
La forma general de una ecuación cuadrática es:
A·(u′)² + B·u′ + C = 0,
donde en nuestro caso:
A = 1,
B = u^n,
C = −u^m.
Aplicando la fórmula general, encontramos:
u′ = [−u^n ± √(u^(2n) + 4·u^m)] / 2.
Esta forma de la solución expresa la derivada de u en función de u. Dependiendo del contexto y de condiciones iniciales, se podría intentar integrar para obtener u como función de x y, posteriormente, recuperar la solución en términos de y.
En resumen, hemos pasado de la ecuación original a una forma en la que, mediante la sustitución u = x + y, se reduce a una ecuación cuadrática en la derivada u′. Este procedimiento es común cuando la variable aparecen combinadas de manera lineal (como x + y), y simplifica el análisis y la posible integración de la ecuación diferencial.
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Explain
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Simplify this solution