Resuelva las ecuaciones diferenciales (pregunta 40-48):
Pregunta 40. 2x(dy/dx) = 3y, y(1) = 2
Solución:
Tenemos,
2x(dy/dx) = 3y
2dy/y = 3dx/x
Al integrar ambos lados,
2∫dy/y = 3∫dx/x
2log(y) = 3log(x) + log(c)
y 2 = x 3 c
Ponga x = 1, y = 2 en la ecuación anterior
c = 4
y 2 = 4x 3
Pregunta 41. xy(dy/dx) = y + 2, y(2) = 0
Solución:
Tenemos,
xy(dy/dx) = y + 2
ydy/(y + 2) = dx/x
Al integrar ambos lados,
∫ydy/(y + 2) = ∫(dx/x)
∫1 – \frac{2}{(y+2)} dy = ∫(dx/x)
y – 2log(y + 2) = log(x) + log(c)
Ponga x = 2, y = 0 en la ecuación anterior
0 – 2log(2) = log(2) + log(c)
registro (c) = -3 registro (2)
registro (c) = registro (1/8)
c = (1/8)
y – 2log(y + 2) = log(x/8)
Pregunta 42. (dy/dx) = 2e x y 3 , y(0) = 1/2
Solución:
Tenemos,
(dy/dx) = 2e x y 3
dy/y 3 = 2e x dx
Al integrar ambos lados,
∫dy/y 3 = 2∫e x dx
-(1/2y 2 ) = 2e x + c
Ponga x = 0, y = (1/2) en la ecuación anterior
-(4/2) = 2 + c
c = -4
-(1/2y 2 ) = 2e x – 4
y 2 (4e x – 8) = -1
y 2 (8 – 4e x ) = 1
Pregunta 43. (dr/dt) = -rt, r(0) = r 0
Solución:
Tenemos,
(dr/dt) = -rt
dr/r = -tdt
Al integrar ambos lados,
∫dr/r = -∫tdt
log(r) = -t 2 /2 + c
Ponga t = 0, r =r 0 en la ecuación anterior
c = registro (r 0 )
registro (r) = -t2/2 + registro (r 0 )
log(r/r 0 ) = -t 2 /2
(r/r0 ) =
r = r 0
Pregunta 44. (dy/dx) = ysen2x, y(0) = 1
Solución:
Tenemos,
(dy/dx) = ysen2x
dy/y = sen2xdx
Al integrar ambos lados,
∫(dy/y) = ∫sen2xdx
log(y) = -(1/2)cos2x + c
Ponga x = 0, y = 1 en la ecuación anterior
registro|1| = -cos0/2 + c
c = (1/2)
log(y) = (1/2) – (cos2x/2)
log(y) = (1 – cos2x)/2
log(y) = 2sen 2x / 2
log(y) = sen 2 x
y =
Pregunta 45(i). (dy/dx) = ytanx, y(0) = 1
Solución:
Tenemos,
(dy/dx) = ytanx
(dy/y) = tanxdx
Sobre la integración de ambos lados
∫(dy/y) = ∫tanxdx
log(y) = log(segx) + c
Ponga x = 0, y = 1 en la ecuación anterior
0 = registro (1) + c
c = 0
log(y) = log(segx)
y = secx
Pregunta 45(ii). 2x(dy/dx) = 5y, y(1) = 1
Solución:
Tenemos,
2x(dy/dx) = 5y
(2dy/y) = 5dx/x
Sobre la integración de ambos lados
2∫(dy/y) = 5∫(dx/x)
2log(y) = 5log(x) + c
Ponga x = 1, y = 1 en la ecuación anterior
2log(1) = 5log(1) + c
c = 0
2log(y) = 5log(x)
y 2 = x 5
y = |x| (5/2)
Pregunta 45(iii). (dy/dx) = 2e 2x y 2 , y(0) = -1
Solución:
Tenemos,
(dy/dx) = 2e 2x y 2
(dy/y2) = 2e 2x dx
Sobre la integración de ambos lados
∫(dy/y 2 ) = 2∫e 2x dx
-(1/y) = 2e 2x /2 + c
-(1/y) = e 2x + c
Ponga x = 0, y = -1 en la ecuación anterior
1 = mi 0 + c
c = 0
-(1/y) = e 2x
y = -e -2x
Pregunta 45(iv). acogedor(dy/dx) = e x , y(0) = π/2
Solución:
Tenemos,
acogedor(dy/dx) = e x
acogedor = e x dx
Sobre la integración de ambos lados
∫cosydy = ∫e x dx
seno = e x + c
Ponga x = 1, y = π/2 en la ecuación anterior
sen(π/2) = mi 0 + c
1 = 1 + c
c = 0
seno = e x
y = sen -1 (e x )
Pregunta 45(v). (dy/dx) = 2xy, y(0) = 1
Solución:
Tenemos,
(dy/dx) = 2xy
dy/y = 2xdx
Sobre la integración de ambos lados
∫(dy/y) = 2∫xdx
registro (y) = x 2 + c
Ponga x = 0, y = 1 en la ecuación anterior
registro (1) = 0 + c
c = 0
registro (y) = x 2
Pregunta 45 (vi). (dy/dx) = 1 + x 2 + y 2 + x 2 y 2 , y(0) = 1
Solución:
Tenemos,
(dy/dx) = 1 + x 2 + y 2 + x 2 y 2
(dy/dx) = (1 + x 2 ) + y 2 (1 + x 2 )
(dy/dx) = (1 + x 2 )(1 + y 2 )
Sobre la integración de ambos lados
bronceado -1 y = x + (x 3 /3) + c
Ponga x = 0, y = 1 en la ecuación anterior
bronceado -1 (1) = 0 + 0 + c
c = π/4
bronceado -1 y = x + (x 3 /3) + π/4
Pregunta 45 (vii). xy(dy/dx) = (x + 2)(y + 2), y(1) = -1
Solución:
Tenemos,
xy(dy/dx) = (x + 2)(y + 2)
ydy/(y + 2) = (x + 2)dx/x
Sobre la integración de ambos lados
∫ydy/(y + 2) = ∫(x + 2)dx/x
∫[1 – 2/(y + 2)]dy = ∫dx + 2∫(dx/x)
y – 2log(y + 2) = x + 2log(x) + c
Ponga x = 1, y = -1 en la ecuación anterior
-1 – 2log(-1 + 2) = 1 + 2log(1) + c
c = -2
y – 2log(y + 2) = x + 2log(x) – 2
Pregunta 45 (viii). (dy/dx) = 1 + x + y 2 + xy 2 , y(0) = 0
Solución:
Tenemos,
(dy/dx) = 1 + x + y 2 + xy 2
(dy/dx) = (1 + x) + y 2 (1 + x)
(dy/dx) = (1 + x)(1 + y 2 )
Sobre la integración de ambos lados
bronceado -1 (y) = x + (x 2 /2) + c
Ponga x = 0, y = 0 en la ecuación anterior
bronceado -1 (0) = 0 + 0 + c
c = 0
bronceado -1 (y) = x + (x 2 /2)
y = tan(x + x 2 /2)
Pregunta 45(ix). 2(y + 3) – xy(dy/dx) = 0, y(1) = -2
Solución:
Tenemos,
2(y + 3) – xy(dy/dx) = 0
xy(dy/dx) = 2(y + 3)
ydy/(y + 3) = 2(dx/x)
Sobre la integración de ambos lados
∫[ydy/(y + 3)] = 2∫(dx/x)
∫[1 – 3/(y + 3)]dy = 2∫(dx/x)
y – 3log(y + 3) = 2log(x) + c
Ponga x = 1, y = -2 en la ecuación anterior
-2 – 3log(-2 + 3) = 2log(1) + c
c = -2
y – 3log(y + 3) = 2log(x) – 2
y + 2 = logaritmo(x) 2 logaritmo(y + 3) 3
e (y+2) = x 2 (y + 3) 3
Pregunta 46. x(dy/dx) + coty = 0, y = π/4 en x = √2
Solución:
Tenemos,
x(dy/dx) + coty = 0
x(dy/dx) = -coty
dy/coti = -dx/x
Sobre la integración de ambos lados
∫dy/coti = -∫dx/x
∫tanydy = -∫(dx/x)
log(seguridad) = -log(x) + c
log(xsecy) = c
Ponga x = √2, y = π/4 en la ecuación anterior
registro|√2.√2| = do
c = registro (2)
log(xsecy) = log(2)
x/acogedor = 2
x = 2acogedor
Pregunta 47. (1 + x 2 )(dy/dx) + (1 + y 2 ) = 0, y = 1 en x = 0
Solución:
Tenemos,
(1 + x 2 )(dy/dx) + (1 + y 2 ) = 0
(1 + x 2 )(dy/dx) = -(1 + y 2 )
Sobre la integración de ambos lados
tan -1 y = -tan -1 x + c
Ponga x = 0, y = 1 en la ecuación anterior
bronceado -1 (1) = bronceado -1 (0) + c
c = π/4
bronceado -1 y = π/4 – bronceado -1 x
y = tan(π/4 – tan -1 x)
y = (1 – x)/(1 + x)
y + yx = 1 – x
x + y = 1 – xy
Pregunta 48. (dy/dx) = 2x(logx + 1)/(seny + ycosy), y = 0 en x = 1
Solución:
Tenemos,
(dy/dx) = 2x(logx + 1)/(seny + ycosy)
(seny + ycosy)dy = 2x(logx + 1)dx
Sobre la integración de ambos lados
∫sinydy + ∫ycosydy = 2∫xlogxdx + 2∫xdx
-cosy + y∫cosydy – ∫[(dy/dy)∫cosydy]dy = 2logx∫xdx – 2∫[( ∫xdx]dx + x 2 + c
-cosy + yseny – ∫sinydy = x 2 logx – ∫xdx + x 2 + c
-acogedor + ysiny + acogedor = x 2 logx – x 2 /2 + x 2 + c
Ponga x = 1, y = 0 en la ecuación anterior
-1 + 0 + 1 = 0 – (1/2) + 1 + c
do = -(1/2)
yseno = x 2 logx + x 2 /2 – (1/2)
2yseny = 2x 2 logx + x 2 – 1
Pregunta 49. Hallar la solución particular de la ecuación diferencial e (dy/dx) = x + 1, dado que y(0) = 3 cuando x = 0.
Solución:
Tenemos,
e (dy/dx) = x + 1
Tomando registro de ambos lados,
(dy/dx) = log(x + 1)
dy = log(x + 1)dx
Sobre la integración de ambos lados
∫dy = ∫log(x + 1)dx
y = log(x + 1)∫dx – ∫[ ∫dx]dx
y = xlog(x + 1) – ∫xdx/(x + 1)
y = xlog(x + 1) – ∫[1 – 1/(x + 1)]dx
y = xlog(x + 1) – x + log(x + 1) + c
y = (x + 1)log(x + 1) – x + c
Ponga x = 0, y = 3 en la ecuación anterior
3 = 0 – 0 + c
c = 3
y = (x + 1)log(x + 1) – x + 3
Pregunta 50. Hallar la solución de la ecuación diferencial cosydy + cosxsinydx = 0, dado que y = π/2 cuando x = π/2.
Solución:
Tenemos,
cosydy + cosxsinydx = 0
cosydy = -cosxsinydx
(acogedor/sencillo)dy = -cosxdx
Sobre la integración de ambos lados
∫cotydy = -∫cosxdx
log(seno) = -senx + c
Ponga x = π/2, y = π/2 en la ecuación anterior
log|senπ/2| = -sen(π/2) + c
0 = -1 + c
c = 1
log(seno) = 1 – sen(x)
log(seno) + sen(x) = 1
Pregunta 51. Hallar la solución particular de la ecuación diferencial (dy/dx) = -4xy 2 , dado que y =1 cuando x = 0.
Solución:
Tenemos,
(dy/dx) = -4xy 2
(dy/y 2 ) + 4xdx = 0
Sobre la integración de ambos lados
∫(dy/y 2 ) + 4∫xdx = 0
-(1/año) + 2x 2 = c
Ponga x = 0, y = 1 en la ecuación anterior
-1 + 0 = do
c = -1
-(1/año) + 2x 2 = -1
(1/año) = 2x 2 + 1
y = 1/(2×2 + 1 )
Pregunta 52. Hallar la ecuación de una curva que pasa por el punto (0, 0) y cuya ecuación diferencial es (dy/dx) = e x senx.
Solución:
Tenemos,
(dy/dx) = e x senx
dy = e x senxdx
Sobre la integración de ambos lados
∫dy = ∫e x senxdx
Sea, I = ∫e x senxdx
yo = e x ∫senx – ∫[ ∫senxdx]dx
yo = -e x cosx + ∫e x cosxdx
yo = -e x cosx + e x ∫cosxdx – ∫[ ∫cosxdx]dx
I = -e x cosx + e x senx – ∫e x senxdx
yo = -e x cosx + e x senx – yo
2I = -e x cosx + e x senx
I = e x (senx – cosx)/2
y = e x (senx – cosx)/2
Pregunta 53. Para la ecuación diferencial xy(dy/dx) = (x + 2)(y + 2), encuentre la curva solución que pasa por el punto (1, -1).
Solución:
Tenemos,
xy(dy/dx) = (x + 2)(y + 2)
ydy/(y + 2) = (x + 2)dx/x
Sobre la integración de ambos lados
∫ydy/(y + 2) = ∫(x + 2)dx/x
∫[1 – 2/(y + 2)]dy = ∫dx + 2∫(dx/x)
y – 2log(y + 2) = x + 2log(x) + c
y – x – c = log(x) 2 + log(y + 2) 2
y – x – c = log|x 2 (y + 2) 2 |
La curva está pasando por (1, -1)
-1 – 1 – c = registro (1)
c = 2
y – x – 2 = log|x 2 (y + 2) 2 |
Pregunta 54. El volumen de un globo esférico que se infla cambia a un ritmo constante. Si inicialmente su radio es de 3 unidades y después de 3 segundos es de 6 unidades. Encuentra el radio del globo después de t segundos.
Solución:
Tenemos,
Sea v el volumen de la esfera, t el tiempo, r el radio de la esfera & k es una constante
El volumen de la esfera viene dado por v = (4/3)πr 3
Según la pregunta (dv/dt) = k
(4/3)π.3r 2 (dr/dt) = k
4πr 2 dr = kdt
Sobre la integración de ambos lados
∫4πr 2 dr = ∫kdt
4π(r 3 /3) = kt + c
4πr 3 = 3(kt + c) -(i)
En t = 0, r = 38
4π(3) 3 = 3(0 + c)
c = 36π
En t = 3, r = 6 en la ecuación (i)
4π(6) 3 = 3(kt + 36π)
864π = 9k + 108π
k = 84π
4πr 3 = 3(84πt + 36π)
r3 = 63t + 27
r = (63t + 27) 1/3
El radio del globo después de t segundo es (63t + 27) 1/3
Pregunta 55. En un banco, el principal aumenta a razón de r % anual. Encuentre el valor de r si Rs 100 se duplica en 10 años (log 2 = 0,6931).
Solución:
Tenemos,
Sean ‘p’ y ‘t’ el principal y el tiempo respectivamente.
Principal aumenta a una tasa de r % por año.
dp/dt = (r/100)p
(dp/p) = (r/100)dt
Sobre la integración de ambos lados
∫(dp/p) = (r/100)∫dt
log(p) = (rt/100) + c -(i)
En t = 0, p = 100
registro (100) = 0 + c
c = log(100) -(ii)
Si t = 10, p = 2 × 100 en la ecuación (i)
registro(200) = (10r/100) + registro(100)
registro (200/100) = (10r/100)
registro(2) = (r/10)
0,6931 = (r/10)
r = 6,931
Pregunta 56. En un banco, el principal aumenta a razón del 5% anual. Se deposita una cantidad de Rs 1000 en este banco, ¿cuánto valdrá después de 10 años (e = 1,648).
Solución:
Tenemos,
Sean ‘p’ y ‘t’ el principal y el tiempo respectivamente.
Aumentos de capital a razón del 5% anual,
(dp/dt) = (5/100)p -(i)
(dp/p) = (1/20)dt
Sobre la integración de ambos lados
∫(dp/p) = (1/20)∫dt
log(p) = (t/20) + c -(ii)
En t = 0, p = 1000
registro (1000) = c
registro (p) = (t/20) + registro (1000)
Poniendo t = 10 en la ecuación en (i)
registro (p/1000) = (10/20)
p = 1000e 0,5
p = 1000 × 1,648
p = 1648
Pregunta 57. En un cultivo, el recuento de bacterias es 100000. El número aumenta en un 10% en 2 horas. ¿En cuántas horas el conteo llegará a 200000, si la tasa de crecimiento de bacterias es proporcional al número presente?
Solución:
Tenemos,
Deje que el número de bacterias en el tiempo ‘t’ sea ‘x’
La tasa de crecimiento de bacterias es proporcional al número presente
(dx/dt)∝ x -(i)
(dx/dt) = kx (donde ‘k’ es constante proporcional)
(dx/x) = kdt
Sobre la integración de ambos lados
∫(dx/x) = k∫dt
log(x) = kt + c -(ii)
En t = 0, x = x 0 (x 0 es el número de bacterias en t = 0)
log(x 0 ) = 0 + c
c = logaritmo(x 0 )
Al poner el valor de c en la ecuación (ii)
log(x) = kt + log(x 0 )
log(x/x 0 ) = kt -(iii)
El número se incrementa en un 10% en 2 horas.
x = x 0 (1 + 10/100)
(x/x 0 ) = (11/10)
Al poner el valor de (x/x 0 ) & t = 2 en la ecuación (iii)
2 × k = registro (11/10)
k = (1/2)log(11/10)
Por lo tanto, la ecuación (iii) se convierte en
log(x/x 0 ) = (1/2)log(11/10) × t
En el momento t 1 el número de bacterias se convierte en 200000 de 100000 (es decir, x = 2x 0 )
t 1
t 1
Pregunta 58. Si y(x) es una solución de la ecuación diferencial y y(0) = 1, entonces encuentra el valor de y(π/2).
Solución:
Tenemos,
(i)
dy/(1 + y) = -[(cosx)/(2 + senx)]dx
Sobre la integración de ambos lados
∫dy/(1 + y) = -∫[(cosx)/(2 + senx)]dx
log(1 + y) = -log(2 + senx) + log(c)
log(1 + y) + log(2 + senx) = log(c)
(1 + y)(2 + senx) = c
Ponga en x = 0, y = 1
c = (1 + 1)(2 + 0)
c = 4
(1 + y)(2 + senx) = 4
(1 + y) = 4/(2 + s inx)
y = 4/(2 + senx) – 1
Necesitamos encontrar el valor de y(π/2)
y = 4/(2 + senπ/2) – 1
y = (4/3) – 1
y = (1/3)
Publicación traducida automáticamente
Artículo escrito por vivekray59 y traducido por Barcelona Geeks. The original can be accessed here. Licence: CCBY-SA