Resolver la ecuación diferencial $\frac{dy}{dx}=y\left(1-y\right)$

Solución Paso a paso

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Respuesta final al problema

$y=\frac{e^x}{C_1+e^x}$
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Agrupar los términos de la ecuación diferencial. Mover los términos de la variable $y$ al lado izquierdo, y los términos de la variable $x$ al lado derecho de la igualdad

$\frac{1}{y\left(1-y\right)}dy=dx$
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Integramos ambos lados de la ecuación diferencial, el lado izquierdo con respecto a $y$, y el lado derecho con respecto a $x$

$\int\frac{1}{y\left(1-y\right)}dy=\int1dx$

Utilizar el método de descomposición en fracciones parciales para descomponer la fracción $\frac{1}{y\left(1-y\right)}$ en $2$ fracciones más simples

$\frac{1}{y}+\frac{1}{1-y}$

Expandir la integral $\int\left(\frac{1}{y}+\frac{1}{1-y}\right)dy$ en $2$ integrales usando la regla de la integral de una suma de funciones, para luego resolver cada integral por separado

$\int\frac{1}{y}dy+\int\frac{1}{1-y}dy$

La integral del inverso de la variable de integración está dada por la siguiente fórmula, $\displaystyle\int\frac{1}{x}dx=\ln(x)$

$\ln\left|y\right|+\int\frac{1}{1-y}dy$

Aplicamos la regla: $\int\frac{n}{ax+b}dx$$=\frac{n}{a}\ln\left(ax+b\right)+C$, donde $a=-1$, $b=1$, $x=y$ y $n=1$

$\ln\left|y\right|+\frac{1}{-1}\ln\left|-y+1\right|$

Dividir $1$ entre $-1$

$\ln\left|y\right|-\ln\left|-y+1\right|$
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Resolver la integral $\int\frac{1}{y\left(1-y\right)}dy$ y reemplazar el resultado en la ecuación diferencial

$\ln\left|y\right|-\ln\left|-y+1\right|=\int1dx$

La integral de una constante es igual a la constante multiplicada por la variable de integración

$x$

Como la integral que estamos resolviendo es una integral indefinida, al terminar de integrar debemos añadir la constante de integración $C$

$x+C_0$
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Resolver la integral $\int1dx$ y reemplazar el resultado en la ecuación diferencial

$\ln\left|y\right|-\ln\left|-y+1\right|=x+C_0$

Aplicando la propiedad de la resta de dos logaritmos de igual base $b$: $\log_b(x)-\log_b(y)=\log_b\left(\frac{x}{y}\right)$

$\ln\left(\frac{y}{-y+1}\right)=x+C_0$

Eliminando el logaritmo de la incógnita

$e^{\ln\left(\frac{y}{-y+1}\right)}=e^{\left(x+C_0\right)}$

Simplificando el logaritmo

$\frac{y}{-y+1}=e^{\left(x+C_0\right)}$

Simplificar $e^{\left(x+C_0\right)}$ aplicando propiedades de los exponentes

$\frac{y}{-y+1}=C_1e^x$

Tomar el recíproco de ambos lados de la ecuación

$\frac{-y+1}{y}=\frac{1}{C_1e^x}$

Podemos expresar $\frac{1}{C_1e^x}$ como otra constante

$\frac{-y+1}{y}=\frac{C_1}{e^x}$

Simplificar la fracción $\frac{-y+1}{y}$

$-1+\frac{1}{y}=\frac{C_1}{e^x}$

Agrupar los términos de la ecuación

$\frac{1}{y}=\frac{C_1}{e^x}+1$

Tomar el recíproco de ambos lados de la ecuación

$y=\frac{1}{\frac{C_1}{e^x}+1}$

Combinar $\frac{C_1}{e^x}+1$ en una sola fracción

$y=\frac{1}{\frac{C_1+e^x}{e^x}}$

Dividir las fracciones $\frac{1}{\frac{C_1+e^x}{e^x}}$ multiplicando en cruz: $a\div \frac{b}{c}=\frac{a}{1}\div\frac{b}{c}=\frac{a}{1}\times\frac{c}{b}=\frac{a\cdot c}{b}$

$y=\frac{e^x}{C_1+e^x}$
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Encontrar la solución explícita a la ecuación diferencial. Necesitamos despejar la variable $y$

$y=\frac{e^x}{C_1+e^x}$

Respuesta final al problema

$y=\frac{e^x}{C_1+e^x}$

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Resolver un ejercicio matemático utilizando diferentes métodos es importante porque mejora la comprensión, fomenta el pensamiento crítico, permite múltiples soluciones y desarrolla distintas estrategias de resolución de problemas. Leer más

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Gráfico de: $\frac{dy}{dx}-y\left(1-y\right)$

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