Q 11 :    

Let 0x1 - (y'(t))2 dt = 0xy(t) dt, 0  x  3, y  0y(0) = 0. Then at x = 2, y" + y + 1 is equal to              [2024]

  • 2

     

  • 12

     

  • 2

     

  • 1

     

(4)

We have 0x1 - (y'(t))2 dt = 0xy(t) dt

On differentiating both sides, we get

1 - (y'(x))2 = y(x)

  1 - (y')2 = y2    y2 + (y')2 = 1

 2yy' + 2y" = 0    yy' + y" = 0

So, at x = 2, y" + y + 1 = 0 + 1 = 1.

 



Q 12 :    

Let y = y(x) be the solution of the differential equation dydx = 2x(x + y)3 - x(x +y) - 1, y(0) = 1. Then, (12 + y(12))2 equals:             [2024]

  • 12 - e

     

  • 44 + e

     

  • 21 + e

     

  • 31 - e

     

(1)

We have, dydx = 2x(x + y)3 - x(x +y) - 1, y(0) = 1

Let x + y = t    1 + dydx = dtdx

Now, dtdx - 1 = 2xt3 - xt - 1

  dtdx = 2xt3 - xt    1t3 dtdx +xt2 - 2x = 0

Put 1t2 = u    -2t3 dtdx = dudx we get

-12 dudx + xu = 2x     dudx - 2xu = -4x

  IF = e-2xdx = e-x2

Required solution = u·e-x2 = e-x2· (-4x) dx

  e-x2t2 = e-x2· (-4x) dx

  e-x2(x + y)2 = 2e-x2 + C    1(x + y)2 = 2 + Cex2

At  x = 0, y = 1, we get 1 =2 + C  C = -1

(x + y)2 = 12 - ex2

At x = 12, (y + 12)2 = 12 - e

  (y(12) + 12)2 = (12 - e).



Q 13 :    

Let α be a non-zero real number. Suppose f : R  R is a differentiable function such that f(0) = 2 and limx  -f(x) = 1. If f'(x) = αf(x) + 3, for all x R, then f(- loge 2) is equal to ________.            [2024]

  • 7

     

  • 9

     

  • 3

     

  • 5

     

*

We have, f'(x) = αf(x) + 3    f'(x) - αf(x) = 3

Now, Let α > 0, IF = e-αdx = e-αx

  Solution is given by, e-αxf(x) = 3e-αxdx + C

  f(x) = -3α + Ceαx

Now, let α > 0, we have limx -f(x) = 1

  -3α + C limx -eαx = 1

Let α < 0, limx f(x) = -3α + C limx -eαx = 1

  -3α +  = 1 which is not possible

  Value of α does not exist.

 



Q 14 :    

Let x = x(t) and y = y(t) be solutions of the differential equations dxdt + ax = 0 and dydt + by = 0 respectively, a, b  R. Given that x(0) = 2; y(0)= 1 and 3y(1) = 2x(1), the value of t, for which x(t) = y(t), is:        [2024]

  • log43 2

     

  • log23 2

     

  • log4 3

     

  • log3 4

(1)

We have, dxdt + ax = 0

dxax = -dt    1a log x = -t + c1

  x(0) = 2

c1 = 1a log 2    1a log x = -t + 1a log 2    x = 2e-at

Now, dydt +by = 0    1b log y = -t + c2

  y(0) = 1

  1b log(1) = -0 + c2    c2 = 0    y = e-bt

Now, 3y(1) = 2x(1)    3e-b = 4e-a

  ea - b = 43    a - b = log (43)       ... (i)

For x(t) = y(t), 2e-at = e-bt    e(a - b)t = 2    (a - b)t = log 2

  log (43) t = log 2      [From (i)]

  t = log 2log 43    t = log43 2



Q 15 :    

If y = y(x) is the solution curve of the differential equation (x2- 4) dy - (y2 - 3y) dx = 0, x > 2, y(4) = 32 and the slope of the curve is never zero, then the value of y(10) equals:           [2024]

  • 31 + (8)1/4

     

  • 31 - (8)1/4

     

  • 31 - 22

     

  • 31 + 22

     

(1)

Given differential equation is

(x2 - 4) dy - (y2 - 3y) dx = 0      dyy2 - 3y = dxx2 - 4

Integrating on both sides, we get

dyy2 - 3y = dxx2 - 4

   13y - (y - 3)y(y - 3) dy = 14(x + 2) - (x - 2)(x - 2)(x + 2) dx

   dy3(y - 3) - dy3y = dx4(x - 2) - dx4(x + 2)

   13 ln |y - 3y| = 14 ln |x - 2x + 2| + ln C      y -3y = C1(x - 2)3/4(x + 2)3/4

   y = 3(x + 2)3/4(x + 2)3/4 - C1(x - 2)3/4

Now, y(4) = 32    C1 = -33/4

   y = 3(x + 2)3/4(x + 2)3/4 + (3x - 6)3/4

So, y(10) = 3 × 123/4123/4 + 243/4 = 31 + 23/4 = 31 + (8)1/4



Q 16 :    

A function y = f(x) satisfies f(x) sin 2x + sin x - (1 + cos2 x) f'(x) = 0 with condition f(0) = 0. Then f(π2) is equal to         [2024]

  • 2

     

  • 0

     

  • 1

     

  • – 1

     

(3)

We have, y sin 2x + sin x - (1 + cos2 x) dydx = 0

  dydx (1 + cos2 x) - y sin 2x = sin x

  dydx - (sin 2x1 + cos2 x) y = sin x1 + cos2 x

IF = e-sin 2x1 + cos2 x dx = elog (1 + cos2 x) = 1 + cos2 x

So, solution is given by

y·(1 + cos2 x) = sin x(1 + cos2 x) (1 + cos2 x) dx

  y(1 + cos2 x) = sin xdx   y(1 + cos2 x) = - cos x + c         ... (i)

Now, y(0) = 0

  0 = - cos(0) + c    c = 1

From (i), y (1 + cos2 x) = - cos x + 1    y = 1 - cos x1 + cos2 x

  y (π2) = 1 - 01 + 0 = 1



Q 17 :    

If sin (yx) = loge|x| + α2 is the solution of the differential equation x cos (yx) dydx = y cos (yx) + x and y(1) = π3, then α2 is equal to         [2024]

  • 4

     

  • 3

     

  • 9

     

  • 12

     

(2)

The given differential equation is,

x cos (yx) dydx = y cos (yx) + x          ... (i)

Put y = vx    dydx = v + x dvdx

   (i) becomes,

x cos v (v + x dvdx) = vx·cos v + x    x dvdx = sec v

  cos vdv = dxx    sin v = log|x| + c

  sin yx = log |x| + c

Now, y(1) = π3    sin π3 = c    c = 32

So, the solution of given differential equation is,

sin (yx) = log |x| + 32

On comparing with given solution, we get

α = 3    α2 = 3.

 



Q 18 :    

Let y = y(x) be the solution of the differential equation sec xdy + {2(1 – x) tan x + x(2 – x)} dx = 0 such that y(0) = 2. Then y(2) is equal to             [2024]

  • 2{1 – sin (2)}

     

  • 1

     

  • 2{sin (2) + 1}

     

  • 2

     

(4)

sec xdy + {2(1 – x) tan x + x(2 – x)} dx = 0

  dydx = - 2(1 - x) tan x - x(2 - x)sec x

  dydx = - 2(1 - x) sin x - x cos x (2 - x)

  dy = - 2(1 - x) sin xdx - cos x (2x - x2) dx

  y = - 2(1 - x) sin xdx - (2x - x2) sin x +(2 - 2x) sin xdx + c

  y = - (2x - x2) sin x + c

Now, y(0) = 2    2 = c

  y = - (2x - x2) sin x + 2    y(2) = 2

 



Q 19 :    

Let y = y(x) be the solution of the differential equation dydx = (tan x) + ysin x (sec x - sin x tan x), x  (0, π2) satisfying the condition y (π4) = 2. Then, y (π3) is          [2024]

  • 3 (2 + loge 3)

     

  • 3(2 + loge 3)

     

  • 32 (2 + loge 3)

     

  • 3(1 + 2 loge 3)

     

(2)

We have, dydx = tan x + ysin x (sec x - sin x · tan x)

= sin xcos x + ysin x (1cos x - sin x · sin xcos x)

= sin x + y cos xsin x (1 - sin2 x) = sin x + y cos xsin x · cos2 x

dydx= sec2 x + y · 1sin x · cos x

Now, IF = e-1sin x · cos x dx = e-2cosec 2x dx

= e-2(log |cosec 2x - cot 2x|2) = e- log |cosec 2x - cot 2x|

= 1|cosec 2x - cot 2x| = 1|tan x|

The solution is

y · 1|tan x| = 1|tan x| · sec2 xdx = log |tan x| + c

y = |tan x| · log |tan x| + c |tan x|

At  x = π4, y = 2    2 = 0 + c    c = 2

At  x = π3

y = 3·log3 + 23 = 3(log3 + 2).



Q 20 :    

The Solution curve of the differential equation y dxdy = x (loge x - loge y + 1), x > 0, y > 0 passing through the point (e, 1) is          [2024]

  • |loge xy| = y

     

  • |loge yx| = y2

     

  • 2 |loge xy| = y + 1

     

  • |loge yx| = x

     

(1)

y dydx = x (loge x - loge y + 1)

dxdy = xy (log x - log y + 1)

dxdy = xy (log xy + 1)                     (   log x - log y = log xy)

Let xy = t      x = ty

Differentiating w.r.t y

  dxdy = t + y dtdy      t + y dtdy =  t log t + t

 

  dtt log t = dyy      log (log t) = log y + c

  log (log xy) = log y + c

at x = e and y = 1 (passing point)

  log (log e1) = log 1 + c      c = 0

  log (log xy) = log y + 0

  log (log xy) = log y    log (xy) = y