-->

Differential Equations

Question
CBSEENMA12035846

Solve the following differential equation:


dydx = x ( 2y - x )x ( 2y + x),   if y = 1 when x = 1

Solution

We need to solve the following differential equation

 

dydx = x ( 2y - x )x ( 2y + x ) dydx =  2y - x  2y + x               ........(1)

 

It is a homogeneous differential equation.

 

Let  y = vx               ..........(2)

 

 dydx = v + x dvdx      ..........(3)

 

Substituting (2) and (3) in (1),  we get:

 

v + x dvdx = x ( 2v - 1 )x ( 2v + 1 ) x dvdx =   2v - 1   2v + 1  - vx dvdx =   - 2v2 = v - 1   2v + 1 2v + 1- 2v2 + v - 1  dv = 1x dx2v + 12v2 - v + 1  dv = - 1x  dx

 

Integrating both sides,

 

124v - 1 + 32v2 - v + 1 dv = 1x dx 124v - 1 2v2 - v + 1 dv + 321 2v2 - v + 1 dv = - 1x  dx

 

124v - 12v2 - v + 1 dv + 341v2 - v2 + 12 =  -1x dx

 

12 log  2v2 - v + 1 + 34  1v2 - v2 + 116 + 716 dv =-  log x + C12 log  2v2 - v + 1 + 34  dv v - 142+ 742  =-  log x + C12 log  2v2 - v + 1 + 34 x 47 tan-1v - 1474 = -  log x + C12 log  2v2 - v + 1 +  37 tan-14v - 17 = C- log x 

 

Put v = yx12 log  2 yx2 - yx + 1  + 37 tan-14yx - 17 = C - log x12 log 2y2 - xy + x2x2 + 37 tan-1 4y - x7x =  C - log x        ..........(4)Now  y = 1 when  x = 112 log 2(1)2 - 1 x 1 + 1212 + 37 tan-1 4 x 1 - 17 x 1 =  C - log 1 12 log 2 + 37 tan-1 37 = C                                              .................(5)

 

Therefore, from (4) and (5) we get:

 

12log 2y2 - xy + x2x2 + 37tan-1 4y - x7 x= 12log 2 + 37tan-137 - log x12log 2y2 - xy + x2x2  - 12log 2  + log x= 37 tan-1 37 - tan-1  4y - x7 x12log 2y2 - xy + x2x2  x2   = 37  tan-1 3x - 4y + x7 x1 + 3 x (4y - x )7x12log 2y2 - xy + x22     = 37  tan-1 4 (x - y )7 x 7x + 12y - 3x 7x12log 2y2 - xy + x22     = 37  tan-1 7 ( x - y )( x + 3y )

Some More Questions From Differential Equations Chapter