Zapisz do kolekcji
Zaloguj się, aby dodać zadanie do kolekcji.
Zgłoś zadanie
Dziękuję za przesłanie zgłoszenia!
Twoje zaangażowanie pomaga mi rozwijać tę stronę i tworzyć miejsce z jeszcze lepszymi materiałami.
Data publikacji: 2025-09-21 19:26:00
Rozwiąż równanie różniczkowe o zmiennych rozdzielonych
$$\color{Cyan}
\frac{\mathrm{d} y}{\mathrm{d} x} = e^{x+y}
$$
Rozwiązywanie równań różniczkowych o zmiennych rozdzielonych polega na dokonaniu operacji, w wyniku których po jednej stronie równania znajdzie się wyrażenie jedynie ze zmienną $\color{Cyan} y$ oraz $\color{Cyan} \mathrm{d} y$ a po drugiej wyrażenie jedynie ze zmienną $\color{Cyan} x$ oraz $\color{Cyan} \mathrm{d} x$.
\begin{gather*}\color{Cyan}
\frac{\mathrm{d} y}{\mathrm{d} x} = e^{x+y} \\\\\color{Cyan}
\frac{\mathrm{d} y}{\mathrm{d} x} = e^x \cdot e^y \quad \color{#999999} /:e^y \\\\\color{Cyan}
\frac{1}{e^y} \cdot \frac{\mathrm{d} y}{\mathrm{d} x} = e^x \quad \color{#999999} /\cdot \mathrm{d} x \\\\\color{Cyan}
\frac{\mathrm{d} y}{e^y} = e^x \, \mathrm{d} x
\\\\\textrm{całkujemy obustronnie:} \\\\\color{Cyan}
\int \frac{\mathrm{d} y}{e^y} = \int e^x \, \mathrm{d} x \\\\\color{Cyan}
\int e^{-y} \,\mathrm{d}y = \int e^x \, \mathrm{d} x \\\\\color{Cyan}
-e^{-y} = e^x + C \\\\\color{Cyan}
e^{-y} = -e^x + C
\\\\\textrm{bierzemy logarytm naturalny obustronnie:} \\\\\color{Cyan}
\ln\left(e^{-y}\right) = \ln\left(C - e^x\right) \\\\\color{Cyan}
-y = \ln\left(C - e^x\right)
\\\\\color{#00dd66}
y = -\ln\left(C-e^x\right)
\end{gather*}
Pole kierunków
Zauważ, że w naszym rozwiązaniu występuje stała $\color{Cyan}C$. Jest ona małym utrudnieniem przy próbie graficznej wizualizacji rozwiązania. Na szczęście nadal istnieje spoósb, aby przedstawić wizualnie całą grupę rozwiązań jednocześnie (dla różnych wartości $\color{Cyan}C$).
Można to zrobić za pomocą tzw. pola kierunków:
Można to zrobić za pomocą tzw. pola kierunków:
Przytrzymaj Shift, aby przesuwać, oddalać i przybliżać widok
Jest to nic innego jak pole, które obrazuje nachylenie funkcji $\color{Cyan}y$.
Innymi słowy, weź dowolny punkt $\color{Cyan}(x, y)$ i podstaw te wartości do naszego równania różniczkowego. Wyjdzie ci $\color{Cyan}\frac{\mathrm{d} y}{\mathrm{d} x} = \textrm{współczynnik nachylenia} $. Następnie w wybranym punkcie (czyli $\color{Cyan}(x, y)$) na układzie współrzędnych narysuj małą kreseczkę odpowiadającą temu współczynnikowi nachylenia. Następnie powtórz ten proces jakieś... tysiąc razy dla różnych punktów.
Innym sposobem jest narysowanie wielu funkcji $\color{Cyan}y$ dla różnych wartości $\color{Cyan}C$. Tak to będzie wyglądało na naszym przykładzie:
Innymi słowy, weź dowolny punkt $\color{Cyan}(x, y)$ i podstaw te wartości do naszego równania różniczkowego. Wyjdzie ci $\color{Cyan}\frac{\mathrm{d} y}{\mathrm{d} x} = \textrm{współczynnik nachylenia} $. Następnie w wybranym punkcie (czyli $\color{Cyan}(x, y)$) na układzie współrzędnych narysuj małą kreseczkę odpowiadającą temu współczynnikowi nachylenia. Następnie powtórz ten proces jakieś... tysiąc razy dla różnych punktów.
Innym sposobem jest narysowanie wielu funkcji $\color{Cyan}y$ dla różnych wartości $\color{Cyan}C$. Tak to będzie wyglądało na naszym przykładzie:
Przytrzymaj Shift, aby przesuwać, oddalać i przybliżać widok
$\displaystyle \color{#00dd66}
y = -\ln\left(C-e^x\right) $