解決済み

この問題の解き方を教えてくれませんか?

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(1)

y=5x+2y4xy' = \dfrac{5x+2y}{4x}

y=xuy = xu の両辺を xx で微分して

y=dydx=u+xdudxy' = \dfrac{dy}{dx} = u + x \dfrac{du}{dx}

これを代入して

u+xdudx=5x+2xu4x=5+2u4u + x \dfrac{du}{dx} = \dfrac{5x+2xu}{4x} = \dfrac{5+2u}{4}

これを整理して

12u5dudx=14x\dfrac{1}{2u-5} \dfrac{du}{dx} = - \dfrac{1}{4x}

変数分離をして

12u5du=14xdx\dfrac{1}{2u-5} du = - \dfrac{1}{4x} dx

両辺を積分して

12u5du=14xdx\int \dfrac{1}{2u-5} du = - \int \dfrac{1}{4x} dx

計算して

12log2u5=14logx+C12u5=C2x\dfrac{1}{2} \log |2u - 5| = - \dfrac{1}{4} \log |x| + C_1 \\2u - 5 = \dfrac{C_2}{\sqrt x}

ここで u=yxu = \dfrac{y}{x} を代入して yy について計算すると

y=52x+Cxy = \dfrac{5}{2}x + C \sqrt{x}


(2)

同様に

y=dydx=u+xdudxy' = \dfrac{dy}{dx} = u + x \dfrac{du}{dx}

を代入して整理すると

u+3(u1)(u+1)dudx=1x\dfrac{u+3}{(u-1)(u+1)} \dfrac{du}{dx} = - \dfrac{1}{x}

ここで左辺を部分分数分解すると

u+3(u1)(u+1)=2u11u+1\dfrac{u+3}{(u-1)(u+1)} = \dfrac{2}{u-1} - \dfrac{1}{u+1}

であるから、これを用いて計算すると

{2u11u+1}du=1xdx2logu1logu+1=logx+C1\int \left\{ \dfrac{2}{u-1} - \dfrac{1}{u+1} \right\} du = - \int \dfrac{1}{x} dx \\2 \log |u-1| - \log |u+1| = - \log x + C_1

計算を進めると

(yx)2=C(y+x)(y-x)^2 = C(y+x)

です。

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