Дифференциальное уравнение xy’=y^2+1

Вы ввели

  d               2   
x*--(y(x)) = 1 + y (x)
  dx                  

$$x \frac{d}{d x} y{\left(x \right)} = y^{2}{\left(x \right)} + 1$$

Подробное решение

Дано уравнение:
$$x \frac{d}{d x} y{\left(x \right)} = y^{2}{\left(x \right)} + 1$$
Это дифф. уравнение имеет вид:

f1(x)*g1(y)*y' = f2(x)*g2(y),

где
$$f_{1}{\left(x \right)} = 1$$
$$g_{1}{\left(y \right)} = 1$$
$$f_{2}{\left(x \right)} = \frac{1}{x}$$
$$g_{2}{\left(y \right)} = y^{2}{\left(x \right)} + 1$$
Приведём ур-ние к виду:

g1(y)/g2(y)*y'= f2(x)/f1(x).

Разделим обе части ур-ния на g2(y)
$$y^{2}{\left(x \right)} + 1$$
получим
$$\frac{\frac{d}{d x} y{\left(x \right)}}{y^{2}{\left(x \right)} + 1} = \frac{1}{x}$$
Этим самым мы разделили переменные x и y.

Теперь домножим обе части ур-ния на dx,
тогда ур-ние будет таким
$$\frac{dx \frac{d}{d x} y{\left(x \right)}}{y^{2}{\left(x \right)} + 1} = \frac{dx}{x}$$
или
$$\frac{dy}{y^{2}{\left(x \right)} + 1} = \frac{dx}{x}$$

Возьмём от обеих частей ур-ния интегралы:
- от левой части интеграл по y,
- от правой части интеграл по x.
$$\int \frac{1}{y^{2} + 1}\, dy = \int \frac{1}{x}\, dx$$
Подробное решение интеграла с y
Подробное решение интеграла с x
Возьмём эти интегралы
$$\operatorname{atan}{\left(y \right)} = Const + \log{\left(x \right)}$$
Подробное решение простого уравнения
Мы получили обыкн. ур-ние с неизвестной y.
(Const - это константа)

Решением будет:

y_1 =

$$y{\left(x \right)} = \tan{\left(C_{1} + \log{\left(x \right)} \right)}$$

Ответ

y(x) = tan(C1 + log(x))

$$y{\left(x \right)} = \tan{\left(C_{1} + \log{\left(x \right)} \right)}$$

Классификация

factorable

separable

1st exact

1st rational riccati

separable reduced

lie group

separable Integral

1st exact Integral

separable reduced Integral

Численный ответ

(x, y):

(-10.0, 0.75)

(-7.777777777777778, 0.4136132262587842)

(-5.555555555555555, 0.055771958898975016)

(-3.333333333333333, -0.4893750663868002)

(-1.1111111111111107, -58.56986745498419)

(1.1111111111111107, -324576766.62490094)

(3.333333333333334, 4.036416499771286e+175)

(5.555555555555557, 8.735934836677909e+189)

(7.777777777777779, 2.5718481162063698e+151)

(10.0, -3.127441380144104e-210)