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Solved Examples on Differential Equation
JEE Main
Single Correct Type
Q1. The order and degree of the differential equation ?? = ?? ????
????
+
v
?? ?? (
????
????
)
?? + ?? ?? are
(a) 1,2
(b) 2,1
(c) 1,1
(d) 2,2
Ans: (a) Clearly, highest order derivative involved is
????
????
, having order 1 .
Expressing the above differential equation as a polynomial in derivative, we have
( ?? - ?? ????
????
)
2
= ?? 2
(
????
????
)
2
+ ?? 2
i.e., ( ?? 2
- ?? 2
) (
????
????
)
2
- 2 ????
????
????
+ ?? 2
- ?? 2
= 0
In this equation, the power of highest order derivative is 2 . So its degree is 2 .
Q2. The degree of the differential equation
?? ?? ?? ?? ?? ?? + ?? (
????
????
)
?? = ?? ?? ?????? ? (
?? ?? ?? ?? ?? ?? ) is
(a) 1
(b) 2
(c) 3
(d) None of these
Ans: (d) The above equation cannot be written as a polynomial in derivatives due to the term
?? 2
log ? (
?? 2
?? ?? ?? 2
). Hence degree of the differential equation is 'not defined'.
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Single Correct Type
Q1. The order and degree of the differential equation ?? = ?? ????
????
+
v
?? ?? (
????
????
)
?? + ?? ?? are
(a) 1,2
(b) 2,1
(c) 1,1
(d) 2,2
Ans: (a) Clearly, highest order derivative involved is
????
????
, having order 1 .
Expressing the above differential equation as a polynomial in derivative, we have
( ?? - ?? ????
????
)
2
= ?? 2
(
????
????
)
2
+ ?? 2
i.e., ( ?? 2
- ?? 2
) (
????
????
)
2
- 2 ????
????
????
+ ?? 2
- ?? 2
= 0
In this equation, the power of highest order derivative is 2 . So its degree is 2 .
Q2. The degree of the differential equation
?? ?? ?? ?? ?? ?? + ?? (
????
????
)
?? = ?? ?? ?????? ? (
?? ?? ?? ?? ?? ?? ) is
(a) 1
(b) 2
(c) 3
(d) None of these
Ans: (d) The above equation cannot be written as a polynomial in derivatives due to the term
?? 2
log ? (
?? 2
?? ?? ?? 2
). Hence degree of the differential equation is 'not defined'.
Q3. Differential equation whose general solution is ?? = ?? ?? ?? +
?? ?? ?? for all values of ?? ?? and ?? ?? is
(a)
?? ?? ?? ?? ?? ?? +
?? ?? ?? +
????
????
= ??
(b)
?? ?? ?? ?? ?? ?? +
?? ?? ?? -
????
????
= ??
(c)
?? ?? ?? ?? ?? ?? -
?? ?? ?? ????
????
= ??
(d)
?? ?? ?? ?? ?? ?? +
?? ?? ????
????
-
?? ?? ?? = ??
Ans: (d) ?? = ?? 1
?? +
?? 2
?? (i)
There are two arbitrary constants. To eliminate these constants, we need to differentiate (i) twice.
Differentiating (i) with respect to ?? ,
????
????
= ?? 1
-
?? 2
?? 2
Again differentiating with respect to ?? ,
?? 2
?? ?? ?? 2
=
2 ?? 2
?? 3
From (iii), ?? 2
=
?? 3
2
?? 2
?? ?? ?? 2
and from (ii), ?? 1
=
????
????
+
?? 2
?? 2
;
? ?? 1
=
????
????
+
?? 2
?? 2
?? ?? ?? 2
From (i), ?? = (
????
????
+
?? 2
·
?? 2
?? ?? ?? 2
) ?? +
?? 2
2
·
?? 2
?? ?? ?? 2
? ?? = ?? 2
?? 2
?? ?? ?? 2
+ ?? ????
????
?
?? 2
?? ?? ?? 2
+
1
?? ????
????
-
?? ?? 2
= 0
Q4. ?? =
?? ?? + ?? is a solution of the differential equation
(a) ?? ?? ????
????
= ?? ??
(b) ?? ?? ????
????
= ?? ??
(c) ?? ????
????
= ??
(d) ?? ????
????
= ??
Ans: (b) We have ?? =
?? ?? + 1
?
1
?? =
?? + 1
?? = 1 +
1
??
Differentiating w.r.t.
? -
1
?? 2
????
????
= 0 -
1
?? 2
? ? ?? 2
????
????
= ?? 2
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Q1. The order and degree of the differential equation ?? = ?? ????
????
+
v
?? ?? (
????
????
)
?? + ?? ?? are
(a) 1,2
(b) 2,1
(c) 1,1
(d) 2,2
Ans: (a) Clearly, highest order derivative involved is
????
????
, having order 1 .
Expressing the above differential equation as a polynomial in derivative, we have
( ?? - ?? ????
????
)
2
= ?? 2
(
????
????
)
2
+ ?? 2
i.e., ( ?? 2
- ?? 2
) (
????
????
)
2
- 2 ????
????
????
+ ?? 2
- ?? 2
= 0
In this equation, the power of highest order derivative is 2 . So its degree is 2 .
Q2. The degree of the differential equation
?? ?? ?? ?? ?? ?? + ?? (
????
????
)
?? = ?? ?? ?????? ? (
?? ?? ?? ?? ?? ?? ) is
(a) 1
(b) 2
(c) 3
(d) None of these
Ans: (d) The above equation cannot be written as a polynomial in derivatives due to the term
?? 2
log ? (
?? 2
?? ?? ?? 2
). Hence degree of the differential equation is 'not defined'.
Q3. Differential equation whose general solution is ?? = ?? ?? ?? +
?? ?? ?? for all values of ?? ?? and ?? ?? is
(a)
?? ?? ?? ?? ?? ?? +
?? ?? ?? +
????
????
= ??
(b)
?? ?? ?? ?? ?? ?? +
?? ?? ?? -
????
????
= ??
(c)
?? ?? ?? ?? ?? ?? -
?? ?? ?? ????
????
= ??
(d)
?? ?? ?? ?? ?? ?? +
?? ?? ????
????
-
?? ?? ?? = ??
Ans: (d) ?? = ?? 1
?? +
?? 2
?? (i)
There are two arbitrary constants. To eliminate these constants, we need to differentiate (i) twice.
Differentiating (i) with respect to ?? ,
????
????
= ?? 1
-
?? 2
?? 2
Again differentiating with respect to ?? ,
?? 2
?? ?? ?? 2
=
2 ?? 2
?? 3
From (iii), ?? 2
=
?? 3
2
?? 2
?? ?? ?? 2
and from (ii), ?? 1
=
????
????
+
?? 2
?? 2
;
? ?? 1
=
????
????
+
?? 2
?? 2
?? ?? ?? 2
From (i), ?? = (
????
????
+
?? 2
·
?? 2
?? ?? ?? 2
) ?? +
?? 2
2
·
?? 2
?? ?? ?? 2
? ?? = ?? 2
?? 2
?? ?? ?? 2
+ ?? ????
????
?
?? 2
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+
1
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????
-
?? ?? 2
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Q4. ?? =
?? ?? + ?? is a solution of the differential equation
(a) ?? ?? ????
????
= ?? ??
(b) ?? ?? ????
????
= ?? ??
(c) ?? ????
????
= ??
(d) ?? ????
????
= ??
Ans: (b) We have ?? =
?? ?? + 1
?
1
?? =
?? + 1
?? = 1 +
1
??
Differentiating w.r.t.
? -
1
?? 2
????
????
= 0 -
1
?? 2
? ? ?? 2
????
????
= ?? 2
Q5. The differential equation of family of curves whose tangent form an angle of ?? / ?? with the
hyperbola ???? = ?? ?? is
(a)
????
????
=
?? ?? + ?? ?? ?? ?? - ?? ??
(b)
????
????
=
?? ?? - ?? ?? ?? ?? + ?? ??
(c)
????
????
= -
?? ?? ?? ??
(d) None of these
Ans: (b) The slope of the tangent to the family of curves is ?? 1
=
????
????
Equation of the hyperbola is ???? = ?? 2
? ?? =
?? 2
??
?
????
????
= -
?? 2
?? 2
? Slope of tangent to ???? = ?? 2
is ?? 2
= -
?? 2
?? 2
Now tan ?
?? 4
=
?? 1
- ?? 2
1 + ?? 1
?? 2
? 1 =
????
????
+
?? 2
?? 2
1 -
?? 2
?? 2
????
????
?
????
????
( 1 +
?? 2
?? 2
) = ( 1 -
?? 2
?? 2
)
?
????
????
=
?? 2
- ?? 2
?? 2
+ ?? 2
Q5. The solution of the differential equation ( ?? + ?? ?? )
????
????
= ?? ( ?? + ?? ?? ) is
(a) ?? ???? ?? - ?? ? ?? = ?????? ? ( ?? + ?? ?? ) + ??
(b) ???? ?? - ?? ? ?? = ?????? ? ( ?? + ?? ?? ) + ??
(c) ?? ???? ?? - ?? ? ?? + ?????? ? ( ?? + ?? ?? ) + ?? = ??
(d) None of these
Ans: (a) Separating the variables, we can re-write the given differential equation as
???? ?? 1 + ?? 2
=
????
1 + ?? 2
? ? ?
2 ???? ?? 1 + ?? 2
= 2 ? ?
????
1 + ?? 2
? 2 tan
- 1
? ?? = log
?? ? ( 1 + ?? 2
) + ??
Q6. The solution of
????
????
=
?? ?? ?? + ?? ???? ? ?? is
(a) ?? =
?? ?? ?? - ?? ???? ? ?? + ??
(b) ?? + ?? ???? ? ?? = ?? + ??
(c) ?? =
?? ?? ?? + ?? ???? ? ?? + ??
(d) None of these
Ans: (a) Given equation may be re -written as ???? = ( ?? 2
+ sin ? ?? ) ????
Integrating, ? ? ???? = ? ? ( ?? 2
+ sin ? ?? ) ????
? ? ?? =
?? 3
3
- c os ? ?? + ??
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Q1. The order and degree of the differential equation ?? = ?? ????
????
+
v
?? ?? (
????
????
)
?? + ?? ?? are
(a) 1,2
(b) 2,1
(c) 1,1
(d) 2,2
Ans: (a) Clearly, highest order derivative involved is
????
????
, having order 1 .
Expressing the above differential equation as a polynomial in derivative, we have
( ?? - ?? ????
????
)
2
= ?? 2
(
????
????
)
2
+ ?? 2
i.e., ( ?? 2
- ?? 2
) (
????
????
)
2
- 2 ????
????
????
+ ?? 2
- ?? 2
= 0
In this equation, the power of highest order derivative is 2 . So its degree is 2 .
Q2. The degree of the differential equation
?? ?? ?? ?? ?? ?? + ?? (
????
????
)
?? = ?? ?? ?????? ? (
?? ?? ?? ?? ?? ?? ) is
(a) 1
(b) 2
(c) 3
(d) None of these
Ans: (d) The above equation cannot be written as a polynomial in derivatives due to the term
?? 2
log ? (
?? 2
?? ?? ?? 2
). Hence degree of the differential equation is 'not defined'.
Q3. Differential equation whose general solution is ?? = ?? ?? ?? +
?? ?? ?? for all values of ?? ?? and ?? ?? is
(a)
?? ?? ?? ?? ?? ?? +
?? ?? ?? +
????
????
= ??
(b)
?? ?? ?? ?? ?? ?? +
?? ?? ?? -
????
????
= ??
(c)
?? ?? ?? ?? ?? ?? -
?? ?? ?? ????
????
= ??
(d)
?? ?? ?? ?? ?? ?? +
?? ?? ????
????
-
?? ?? ?? = ??
Ans: (d) ?? = ?? 1
?? +
?? 2
?? (i)
There are two arbitrary constants. To eliminate these constants, we need to differentiate (i) twice.
Differentiating (i) with respect to ?? ,
????
????
= ?? 1
-
?? 2
?? 2
Again differentiating with respect to ?? ,
?? 2
?? ?? ?? 2
=
2 ?? 2
?? 3
From (iii), ?? 2
=
?? 3
2
?? 2
?? ?? ?? 2
and from (ii), ?? 1
=
????
????
+
?? 2
?? 2
;
? ?? 1
=
????
????
+
?? 2
?? 2
?? ?? ?? 2
From (i), ?? = (
????
????
+
?? 2
·
?? 2
?? ?? ?? 2
) ?? +
?? 2
2
·
?? 2
?? ?? ?? 2
? ?? = ?? 2
?? 2
?? ?? ?? 2
+ ?? ????
????
?
?? 2
?? ?? ?? 2
+
1
?? ????
????
-
?? ?? 2
= 0
Q4. ?? =
?? ?? + ?? is a solution of the differential equation
(a) ?? ?? ????
????
= ?? ??
(b) ?? ?? ????
????
= ?? ??
(c) ?? ????
????
= ??
(d) ?? ????
????
= ??
Ans: (b) We have ?? =
?? ?? + 1
?
1
?? =
?? + 1
?? = 1 +
1
??
Differentiating w.r.t.
? -
1
?? 2
????
????
= 0 -
1
?? 2
? ? ?? 2
????
????
= ?? 2
Q5. The differential equation of family of curves whose tangent form an angle of ?? / ?? with the
hyperbola ???? = ?? ?? is
(a)
????
????
=
?? ?? + ?? ?? ?? ?? - ?? ??
(b)
????
????
=
?? ?? - ?? ?? ?? ?? + ?? ??
(c)
????
????
= -
?? ?? ?? ??
(d) None of these
Ans: (b) The slope of the tangent to the family of curves is ?? 1
=
????
????
Equation of the hyperbola is ???? = ?? 2
? ?? =
?? 2
??
?
????
????
= -
?? 2
?? 2
? Slope of tangent to ???? = ?? 2
is ?? 2
= -
?? 2
?? 2
Now tan ?
?? 4
=
?? 1
- ?? 2
1 + ?? 1
?? 2
? 1 =
????
????
+
?? 2
?? 2
1 -
?? 2
?? 2
????
????
?
????
????
( 1 +
?? 2
?? 2
) = ( 1 -
?? 2
?? 2
)
?
????
????
=
?? 2
- ?? 2
?? 2
+ ?? 2
Q5. The solution of the differential equation ( ?? + ?? ?? )
????
????
= ?? ( ?? + ?? ?? ) is
(a) ?? ???? ?? - ?? ? ?? = ?????? ? ( ?? + ?? ?? ) + ??
(b) ???? ?? - ?? ? ?? = ?????? ? ( ?? + ?? ?? ) + ??
(c) ?? ???? ?? - ?? ? ?? + ?????? ? ( ?? + ?? ?? ) + ?? = ??
(d) None of these
Ans: (a) Separating the variables, we can re-write the given differential equation as
???? ?? 1 + ?? 2
=
????
1 + ?? 2
? ? ?
2 ???? ?? 1 + ?? 2
= 2 ? ?
????
1 + ?? 2
? 2 tan
- 1
? ?? = log
?? ? ( 1 + ?? 2
) + ??
Q6. The solution of
????
????
=
?? ?? ?? + ?? ???? ? ?? is
(a) ?? =
?? ?? ?? - ?? ???? ? ?? + ??
(b) ?? + ?? ???? ? ?? = ?? + ??
(c) ?? =
?? ?? ?? + ?? ???? ? ?? + ??
(d) None of these
Ans: (a) Given equation may be re -written as ???? = ( ?? 2
+ sin ? ?? ) ????
Integrating, ? ? ???? = ? ? ( ?? 2
+ sin ? ?? ) ????
? ? ?? =
?? 3
3
- c os ? ?? + ??
Q7. The solution of the differential equation ?? ????
????
= ?? ( ?????? ? ?? - ?????? ? ?? + ?? ) is
(a) ?? = ?? ?? ????
(b) ?? + ?? ?? ????
= ??
(c) ?? + ?? ?? = ??
(d) None of these
Ans: (a) Given equation may be expressed as
????
????
=
?? ?? [ log ? (
?? ?? ) + 1 ]
Let
?? ?? = ?? ? ?? = ???? ?
????
????
= ?? + ?? ????
????
? ? From (i), ?? + ?? ????
????
= ?? ( log ? ?? + 1 ) ? ?? ????
????
= ?? log ? ?? ?
????
?? log ? ?? =
????
?? ? ? ?
1
log ? ?? ?? ( log ? ?? ) = ? ?
????
?? ? ? log ? ( log ? ?? ) = log ? ?? + log ? ?? ? log ? ( log ? ?? ) = log ? ( ???? ) ? log ? ?? = ???? ? ?? = ?? ????
?
?? ?? = ?? ????
, ? ?? = ?? ?? ????
Q8. The general solution of the differential equation ( ?? + ?? ) ???? + ???? ?? = ?? is
(a) ?? ?? + ?? ?? = ??
(b) ?? ?? ?? - ?? ?? = ??
(c) ?? ?? + ?? ???? = ??
(d) ?? ?? + ?? ???? = ??
Ans: (c) We have ???? ?? + ( ?? ?? ?? + ???? ?? ) = 0 ? ???? ?? + ?? ( ???? ) = 0
Integrating,
?? 2
2
+ ???? =
?? 2
? ?? 2
+ 2 ???? = ??
Q9. Which of the following is a linear differential equation
(a) (
?? ?? ?? ?? ?? ?? )
?? + ?? ?? (
????
????
)
?? = ??
(b) ?? =
????
????
+
v
?? + (
????
????
)
??
(c)
????
????
+
?? ?? = ?????? ? ??
(d) ?? ????
????
- ?? = ??
Ans: (c) (a), (b), (d) do not fulfill the criteria of a linear differential equation but (c) do.
????
????
+
?? ?? =
log ? ?? is a linear differential equation.
Q10. Find the integral factor of equation ( ?? ?? + ?? )
????
????
+ ?? ???? = ?? ?? - ??
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Single Correct Type
Q1. The order and degree of the differential equation ?? = ?? ????
????
+
v
?? ?? (
????
????
)
?? + ?? ?? are
(a) 1,2
(b) 2,1
(c) 1,1
(d) 2,2
Ans: (a) Clearly, highest order derivative involved is
????
????
, having order 1 .
Expressing the above differential equation as a polynomial in derivative, we have
( ?? - ?? ????
????
)
2
= ?? 2
(
????
????
)
2
+ ?? 2
i.e., ( ?? 2
- ?? 2
) (
????
????
)
2
- 2 ????
????
????
+ ?? 2
- ?? 2
= 0
In this equation, the power of highest order derivative is 2 . So its degree is 2 .
Q2. The degree of the differential equation
?? ?? ?? ?? ?? ?? + ?? (
????
????
)
?? = ?? ?? ?????? ? (
?? ?? ?? ?? ?? ?? ) is
(a) 1
(b) 2
(c) 3
(d) None of these
Ans: (d) The above equation cannot be written as a polynomial in derivatives due to the term
?? 2
log ? (
?? 2
?? ?? ?? 2
). Hence degree of the differential equation is 'not defined'.
Q3. Differential equation whose general solution is ?? = ?? ?? ?? +
?? ?? ?? for all values of ?? ?? and ?? ?? is
(a)
?? ?? ?? ?? ?? ?? +
?? ?? ?? +
????
????
= ??
(b)
?? ?? ?? ?? ?? ?? +
?? ?? ?? -
????
????
= ??
(c)
?? ?? ?? ?? ?? ?? -
?? ?? ?? ????
????
= ??
(d)
?? ?? ?? ?? ?? ?? +
?? ?? ????
????
-
?? ?? ?? = ??
Ans: (d) ?? = ?? 1
?? +
?? 2
?? (i)
There are two arbitrary constants. To eliminate these constants, we need to differentiate (i) twice.
Differentiating (i) with respect to ?? ,
????
????
= ?? 1
-
?? 2
?? 2
Again differentiating with respect to ?? ,
?? 2
?? ?? ?? 2
=
2 ?? 2
?? 3
From (iii), ?? 2
=
?? 3
2
?? 2
?? ?? ?? 2
and from (ii), ?? 1
=
????
????
+
?? 2
?? 2
;
? ?? 1
=
????
????
+
?? 2
?? 2
?? ?? ?? 2
From (i), ?? = (
????
????
+
?? 2
·
?? 2
?? ?? ?? 2
) ?? +
?? 2
2
·
?? 2
?? ?? ?? 2
? ?? = ?? 2
?? 2
?? ?? ?? 2
+ ?? ????
????
?
?? 2
?? ?? ?? 2
+
1
?? ????
????
-
?? ?? 2
= 0
Q4. ?? =
?? ?? + ?? is a solution of the differential equation
(a) ?? ?? ????
????
= ?? ??
(b) ?? ?? ????
????
= ?? ??
(c) ?? ????
????
= ??
(d) ?? ????
????
= ??
Ans: (b) We have ?? =
?? ?? + 1
?
1
?? =
?? + 1
?? = 1 +
1
??
Differentiating w.r.t.
? -
1
?? 2
????
????
= 0 -
1
?? 2
? ? ?? 2
????
????
= ?? 2
Q5. The differential equation of family of curves whose tangent form an angle of ?? / ?? with the
hyperbola ???? = ?? ?? is
(a)
????
????
=
?? ?? + ?? ?? ?? ?? - ?? ??
(b)
????
????
=
?? ?? - ?? ?? ?? ?? + ?? ??
(c)
????
????
= -
?? ?? ?? ??
(d) None of these
Ans: (b) The slope of the tangent to the family of curves is ?? 1
=
????
????
Equation of the hyperbola is ???? = ?? 2
? ?? =
?? 2
??
?
????
????
= -
?? 2
?? 2
? Slope of tangent to ???? = ?? 2
is ?? 2
= -
?? 2
?? 2
Now tan ?
?? 4
=
?? 1
- ?? 2
1 + ?? 1
?? 2
? 1 =
????
????
+
?? 2
?? 2
1 -
?? 2
?? 2
????
????
?
????
????
( 1 +
?? 2
?? 2
) = ( 1 -
?? 2
?? 2
)
?
????
????
=
?? 2
- ?? 2
?? 2
+ ?? 2
Q5. The solution of the differential equation ( ?? + ?? ?? )
????
????
= ?? ( ?? + ?? ?? ) is
(a) ?? ???? ?? - ?? ? ?? = ?????? ? ( ?? + ?? ?? ) + ??
(b) ???? ?? - ?? ? ?? = ?????? ? ( ?? + ?? ?? ) + ??
(c) ?? ???? ?? - ?? ? ?? + ?????? ? ( ?? + ?? ?? ) + ?? = ??
(d) None of these
Ans: (a) Separating the variables, we can re-write the given differential equation as
???? ?? 1 + ?? 2
=
????
1 + ?? 2
? ? ?
2 ???? ?? 1 + ?? 2
= 2 ? ?
????
1 + ?? 2
? 2 tan
- 1
? ?? = log
?? ? ( 1 + ?? 2
) + ??
Q6. The solution of
????
????
=
?? ?? ?? + ?? ???? ? ?? is
(a) ?? =
?? ?? ?? - ?? ???? ? ?? + ??
(b) ?? + ?? ???? ? ?? = ?? + ??
(c) ?? =
?? ?? ?? + ?? ???? ? ?? + ??
(d) None of these
Ans: (a) Given equation may be re -written as ???? = ( ?? 2
+ sin ? ?? ) ????
Integrating, ? ? ???? = ? ? ( ?? 2
+ sin ? ?? ) ????
? ? ?? =
?? 3
3
- c os ? ?? + ??
Q7. The solution of the differential equation ?? ????
????
= ?? ( ?????? ? ?? - ?????? ? ?? + ?? ) is
(a) ?? = ?? ?? ????
(b) ?? + ?? ?? ????
= ??
(c) ?? + ?? ?? = ??
(d) None of these
Ans: (a) Given equation may be expressed as
????
????
=
?? ?? [ log ? (
?? ?? ) + 1 ]
Let
?? ?? = ?? ? ?? = ???? ?
????
????
= ?? + ?? ????
????
? ? From (i), ?? + ?? ????
????
= ?? ( log ? ?? + 1 ) ? ?? ????
????
= ?? log ? ?? ?
????
?? log ? ?? =
????
?? ? ? ?
1
log ? ?? ?? ( log ? ?? ) = ? ?
????
?? ? ? log ? ( log ? ?? ) = log ? ?? + log ? ?? ? log ? ( log ? ?? ) = log ? ( ???? ) ? log ? ?? = ???? ? ?? = ?? ????
?
?? ?? = ?? ????
, ? ?? = ?? ?? ????
Q8. The general solution of the differential equation ( ?? + ?? ) ???? + ???? ?? = ?? is
(a) ?? ?? + ?? ?? = ??
(b) ?? ?? ?? - ?? ?? = ??
(c) ?? ?? + ?? ???? = ??
(d) ?? ?? + ?? ???? = ??
Ans: (c) We have ???? ?? + ( ?? ?? ?? + ???? ?? ) = 0 ? ???? ?? + ?? ( ???? ) = 0
Integrating,
?? 2
2
+ ???? =
?? 2
? ?? 2
+ 2 ???? = ??
Q9. Which of the following is a linear differential equation
(a) (
?? ?? ?? ?? ?? ?? )
?? + ?? ?? (
????
????
)
?? = ??
(b) ?? =
????
????
+
v
?? + (
????
????
)
??
(c)
????
????
+
?? ?? = ?????? ? ??
(d) ?? ????
????
- ?? = ??
Ans: (c) (a), (b), (d) do not fulfill the criteria of a linear differential equation but (c) do.
????
????
+
?? ?? =
log ? ?? is a linear differential equation.
Q10. Find the integral factor of equation ( ?? ?? + ?? )
????
????
+ ?? ???? = ?? ?? - ??
(a) ?? ?? + ??
(b)
?? ?? ?? ?? + ??
(c)
?? ?? - ?? ?? ?? + ??
(d) None of these
Ans: (a) Given equation may be written as
????
????
+
2 ?? ?? 2
+ 1
?? =
?? 2
- 1
?? 2
+ 1
Comparing with
????
????
+ ???? = ?? ,
?? =
2 ?? ?? 2
+ 1
I.F. = ?? ? ? ?? ???? = ?? ? ?
2 ?? ???? 1 + ?? 2
= ?? ln ? ( 1 + ?? 2
)
= 1 + ?? 2
Q11. The solution of the differential equation ( ?? + ?? ?? ) + ( ?? - ?? ?? ???? - ?? ? ?? )
????
????
= ?? is
(a) ( ?? - ?? ) = ?? ?? ?? ???? - ?? ? ??
(b) ?? ?? ?? ?? ???? - ?? ? ?? = ?? ?? ?? ???? - ?? ? ?? + ??
(c) ?? ?? ?? ???? - ?? ? ?? = ???? ?? - ?? ? ?? + ??
(d) ?? ?? ?? ?? ???? - ?? ? ?? = ?? ?? ???? - ?? ? ?? + ??
Ans: (b) We have ( ?? - ?? tan
- 1
? ?? )
????
????
= - ( 1 + ?? 2
) ?
????
????
= - (
?? - ?? t a n
- 1
? ?? 1 + ?? 2
) ?
????
????
+
1
1 + ?? 2
?? =
?? t a n
- 1
? ?? 1 + ?? 2
This is a linear differential equation of the form
????
????
+ ?? ( ?? ) · ?? = ?? ( ?? )
?? =
1
1 + ?? 2
, ? ?? =
?? tan
- 1
? ?? 1 + ?? 2
Integrating factor = ?? ? ? ?????? = ?? ? ?
????
1 + ?? 2
= ?? tan
- 1
? ??
Multiplying (i) by I.F. and integrating, ?? ?? tan
- 1
? ?? = ?
?? t a n
- 1
? ?? 1 + ?? 2
· ?? tan
- 1
? ?? ???? = ?
( ?? t a n
- 1
? ?? )
2
????
1 + ?? 2
=
( ?? t a n
- 1
? ?? )
2
2
+
?? 2
? 2 ?? ?? tan
- 1
? ?? = ?? 2 tan
- 1
? ?? + ??
Q12. Solution of
????
????
- ?? ???? ?? ? ?? = - ?? ?? ?? ???? ? ?? is
(a) ?? ?? ???? ? ?? = ???? ?? ? ?? + ??
(b)
?? ?? ?? ? ?? ?? = ???? ?? ? ?? + ??
(c) ?? ?? ???? ? ?? = ???? ?? ? ?? + ?? ? (d) None of these
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