微分積分例

$(x^{2} + 3) \frac{d y}{d x} - x = 0$

ステップ 1

変数を分けます。

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ステップ 1.1

$\frac{d y}{d x}$ について解きます。

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ステップ 1.1.1

分配則を当てはめます。

$x^{2} \frac{d y}{d x} + 3 \frac{d y}{d x} - x = 0$

ステップ 1.1.2

方程式の両辺に $x$ を足します。

$x^{2} \frac{d y}{d x} + 3 \frac{d y}{d x} = x$

ステップ 1.1.3

$\frac{d y}{d x}$ を $x^{2} \frac{d y}{d x} + 3 \frac{d y}{d x}$ で因数分解します。

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ステップ 1.1.3.1

$\frac{d y}{d x}$ を $x^{2} \frac{d y}{d x}$ で因数分解します。

$\frac{d y}{d x} x^{2} + 3 \frac{d y}{d x} = x$

ステップ 1.1.3.2

$\frac{d y}{d x}$ を $3 \frac{d y}{d x}$ で因数分解します。

$\frac{d y}{d x} x^{2} + \frac{d y}{d x} \cdot 3 = x$

ステップ 1.1.3.3

$\frac{d y}{d x}$ を $\frac{d y}{d x} x^{2} + \frac{d y}{d x} \cdot 3$ で因数分解します。

$\frac{d y}{d x} (x^{2} + 3) = x$

ステップ 1.1.4

$\frac{d y}{d x} (x^{2} + 3) = x$ の各項を $x^{2} + 3$ で割り、簡約します。

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ステップ 1.1.4.1

$\frac{d y}{d x} (x^{2} + 3) = x$ の各項を $x^{2} + 3$ で割ります。

$\frac{\frac{d y}{d x} (x^{2} + 3)}{x^{2} + 3} = \frac{x}{x^{2} + 3}$

ステップ 1.1.4.2

左辺を簡約します。

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ステップ 1.1.4.2.1

$x^{2} + 3$ の共通因数を約分します。

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ステップ 1.1.4.2.1.1

共通因数を約分します。

$\frac{\frac{d y}{d x} (x^{2} + 3)}{x^{2} + 3} = \frac{x}{x^{2} + 3}$

ステップ 1.1.4.2.1.2

$\frac{d y}{d x}$ を $1$ で割ります。

$\frac{d y}{d x} = \frac{x}{x^{2} + 3}$

ステップ 1.2

方程式を書き換えます。

$d y = \frac{x}{x^{2} + 3} d x$

ステップ 2

両辺を積分します。

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ステップ 2.1

各辺の積分を設定します。

$\int d y = \int \frac{x}{x^{2} + 3} d x$

ステップ 2.2

定数の法則を当てはめます。

$y + C_{1} = \int \frac{x}{x^{2} + 3} d x$

ステップ 2.3

右辺を積分します。

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ステップ 2.3.1

$u = x^{2} + 3$ とします。次に $d u = 2 x d x$ すると、 $\frac{1}{2} d u = x d x$ です。 $u$ と $d$ $u$ を利用して書き換えます。

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ステップ 2.3.1.1

$u = x^{2} + 3$ とします。 $\frac{d u}{d x}$ を求めます。

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ステップ 2.3.1.1.1

$x^{2} + 3$ を微分します。

$\frac{d}{d x} [x^{2} + 3]$

ステップ 2.3.1.1.2

総和則では、 $x^{2} + 3$ の $x$ に関する積分は $\frac{d}{d x} [x^{2}] + \frac{d}{d x} [3]$ です。

$\frac{d}{d x} [x^{2}] + \frac{d}{d x} [3]$

ステップ 2.3.1.1.3

$n = 2$ のとき、 $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ は $n x^{n - 1}$ であるというべき乗則を使って微分します。

$2 x + \frac{d}{d x} [3]$

ステップ 2.3.1.1.4

$3$ は $x$ について定数なので、 $x$ について $3$ の微分係数は $0$ です。

$2 x + 0$

ステップ 2.3.1.1.5

$2 x$ と $0$ をたし算します。

$2 x$

ステップ 2.3.1.2

$u$ と $d u$ を利用して問題を書き換えます。

$y + C_{1} = \int \frac{1}{u} \cdot \frac{1}{2} d u$

ステップ 2.3.2

簡約します。

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ステップ 2.3.2.1

$\frac{1}{u}$ に $\frac{1}{2}$ をかけます。

$y + C_{1} = \int \frac{1}{u \cdot 2} d u$

ステップ 2.3.2.2

$2$ を $u$ の左に移動させます。

$y + C_{1} = \int \frac{1}{2 u} d u$

ステップ 2.3.3

$\frac{1}{2}$ は $u$ に対して定数なので、 $\frac{1}{2}$ を積分の外に移動させます。

$y + C_{1} = \frac{1}{2} \int \frac{1}{u} d u$

ステップ 2.3.4

$\frac{1}{u}$ の $u$ に関する積分は $\ln (| u |)$ です。

$y + C_{1} = \frac{1}{2} (\ln (| u |) + C_{2})$

ステップ 2.3.5

簡約します。

$y + C_{1} = \frac{1}{2} \ln (| u |) + C_{2}$

ステップ 2.3.6

$u$ のすべての発生を $x^{2} + 3$ で置き換えます。

$y + C_{1} = \frac{1}{2} \ln (| x^{2} + 3 |) + C_{2}$

ステップ 2.4

右辺の積分定数を $C$ としてまとめます。

$y = \frac{1}{2} \ln (| x^{2} + 3 |) + C$

微分積分 例

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