1. Planteamos el problema: Resolver la ecuación diferencial $$\frac{dy}{dx} = y^2 - \frac{y}{x} + 1 - \frac{1}{4x^2}$$ y verificar que $$Y(x) = \frac{1}{2x} + \tan(x)$$ es una solución.
2. Para resolver, primero calculamos $$\frac{dy}{dx}$$ de la función propuesta $$Y(x)$$:
$$Y(x) = \frac{1}{2x} + \tan(x)$$
Derivando término a término:
$$\frac{dY}{dx} = -\frac{1}{2x^2} + \sec^2(x)$$
3. Ahora evaluamos el lado derecho de la ecuación diferencial con $$y = Y(x)$$:
$$y^2 - \frac{y}{x} + 1 - \frac{1}{4x^2} = \left(\frac{1}{2x} + \tan(x)\right)^2 - \frac{\frac{1}{2x} + \tan(x)}{x} + 1 - \frac{1}{4x^2}$$
4. Expandimos y simplificamos:
$$\left(\frac{1}{2x}\right)^2 + 2 \cdot \frac{1}{2x} \cdot \tan(x) + \tan^2(x) - \frac{1}{2x^2} - \frac{\tan(x)}{x} + 1 - \frac{1}{4x^2}$$
$$= \frac{1}{4x^2} + \frac{\tan(x)}{x} + \tan^2(x) - \frac{1}{2x^2} - \frac{\tan(x)}{x} + 1 - \frac{1}{4x^2}$$
5. Cancelamos términos comunes:
$$\frac{\tan(x)}{x} - \frac{\tan(x)}{x} = 0$$
$$\frac{1}{4x^2} - \frac{1}{2x^2} - \frac{1}{4x^2} = \cancel{\frac{1}{4x^2}} - \frac{1}{2x^2} - \cancel{\frac{1}{4x^2}} = -\frac{1}{2x^2}$$
6. Queda:
$$-\frac{1}{2x^2} + \tan^2(x) + 1$$
7. Recordamos la identidad trigonométrica:
$$1 + \tan^2(x) = \sec^2(x)$$
Por lo tanto:
$$-\frac{1}{2x^2} + \sec^2(x)$$
8. Esto coincide exactamente con $$\frac{dY}{dx}$$ calculado en el paso 2.
9. Concluimos que $$Y(x) = \frac{1}{2x} + \tan(x)$$ es solución de la ecuación diferencial dada.
Ed Solucion 99Dc4E
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