Respuesta :

Space

Answer:

[tex]\displaystyle y = 2e^\bigg{\frac{x^3}{3}} + 1[/tex]

General Formulas and Concepts:

Pre-Algebra

  • Order of Operations
  • Equality Properties

Algebra I

  • Functions
  • Function Notation
  • Exponential Rule [Rewrite]:                                                                              [tex]\displaystyle b^{-m} = \frac{1}{b^m}[/tex]

Algebra II

  • Natural logarithms ln and Euler's number e

Calculus

Derivatives

Derivative Notation

Basic Power Rule:

  1. f(x) = cxⁿ
  2. f’(x) = c·nxⁿ⁻¹

Slope Fields

  • Separation of Variables
  • Solving Differentials

Integrals

  • Antiderivatives

Integration Constant C

Integration Rule [Reverse Power Rule]:                                                                   [tex]\displaystyle \int {x^n} \, dx = \frac{x^{n + 1}}{n + 1} + C[/tex]

Integration Property [Addition/Subtraction]:                                                           [tex]\displaystyle \int {[f(x) \pm g(x)]} \, dx = \int {f(x)} \, dx \pm \int {g(x)} \, dx[/tex]

U-Substitution

Logarithmic Integration:                                                                                            [tex]\displaystyle \int {\frac{1}{u}} \, dx = ln|u| + C[/tex]

Step-by-step explanation:

*Note:  

When solving differential equations in slope fields, disregard the integration constant C for variable y.

Step 1: Define

[tex]\displaystyle \frac{dy}{dx} = x^2(y - 1)[/tex]

[tex]\displaystyle f(0) = 3[/tex]

Step 2: Rewrite

Separation of Variables. Get differential equation to a form where we can integrate both sides and rewrite Leibniz Notation.

  1. [Separation of Variables] Rewrite Leibniz Notation:                                      [tex]\displaystyle dy = x^2(y - 1) \ dx[/tex]
  2. [Separation of Variables] Isolate y's together:                                               [tex]\displaystyle \frac{1}{y - 1} \ dy = x^2 \ dx[/tex]

Step 3: Find General Solution Pt. 1

  1. [Differential] Integrate both sides:                                                                   [tex]\displaystyle \int {\frac{1}{y - 1}} \, dy = \int {x^2} \, dx[/tex]
  2. [dx Integral] Integrate [Integration Rule - Reverse Power Rule]:                   [tex]\displaystyle \int {\frac{1}{y - 1}} \, dy = \frac{x^3}{3} + C[/tex]

Step 4: Find General Solution Pt. 2

Identify variables for u-substitution for dy.

  1. Set:                                                                                                                    [tex]\displaystyle u = y - 1[/tex]
  2. Differentiate [Basic Power Rule]:                                                                     [tex]\displaystyle du = dy[/tex]

Step 5: Find General Solution Pt. 3

  1. [dy Integral] U-Substitution:                                                                             [tex]\displaystyle \int {\frac{1}{u}} \, du = \frac{x^3}{3} + C[/tex]
  2. [dy Integral] Integrate [Logarithmic Integration]:                                            [tex]\displaystyle ln|u| = \frac{x^3}{3} + C[/tex]
  3. [Equality Property] e both sides:                                                                     [tex]\displaystyle e^\bigg{ln|u|} = e^\bigg{\frac{x^3}{3} + C}[/tex]
  4. Simplify:                                                                                                             [tex]\displaystyle |u| = Ce^\bigg{\frac{x^3}{3}}[/tex]
  5. Rewrite:                                                                                                             [tex]\displaystyle u = \pm Ce^\bigg{\frac{x^3}{3}}[/tex]
  6. Back-Substitute:                                                                                               [tex]\displaystyle y - 1 = \pm Ce^\bigg{\frac{x^3}{3}}[/tex]
  7. [Equality Property] Isolate y:                                                                            [tex]\displaystyle y = \pm Ce^\bigg{\frac{x^3}{3}} + 1[/tex]

General Form:  [tex]\displaystyle y = \pm Ce^\bigg{\frac{x^3}{3}} + 1[/tex]

Step 6: Find Particular Solution

  1. Substitute in function values [General Form]:                                                [tex]\displaystyle 3 = \pm Ce^\bigg{\frac{0^3}{3}} + 1[/tex]
  2. Simplify:                                                                                                             [tex]\displaystyle 3 = \pm C + 1[/tex]
  3. [Equality Property] Isolate C:                                                                           [tex]\displaystyle 2 = \pm C[/tex]
  4. Rewrite:                                                                                                             [tex]\displaystyle C = 2[/tex]
  5. Substitute in C [General Form]:                                                                       [tex]\displaystyle y = 2e^\bigg{\frac{x^3}{3}} + 1[/tex]

∴ our particular solution is  [tex]\displaystyle y = 2e^\bigg{\frac{x^3}{3}} + 1[/tex].

Topic: AP Calculus AB/BC (Calculus I/I + II)

Unit: Differentials and Slope Fields

Book: College Calculus 10e