Given,
( x 2 − 5 ) d y d x − 2 x y = − 2 x ( x 2 − 5 ) 2 \left({x}^{2} - 5\right)\dfrac{dy}{dx} - 2xy = - 2x{\left({x}^{2} - 5\right)}^{2} ( x 2 − 5 ) d x d y − 2 x y = − 2 x ( x 2 − 5 ) 2
⇒ d y d x + ( − 2 x x 2 − 5 ) y = − 2 x ( x 2 − 5 ) ⇒ \dfrac{dy}{dx} + \left(\dfrac{- 2x}{{x}^{2} - 5}\right)y = - 2x\left({x}^{2} - 5\right) ⇒ d x d y + ( x 2 − 5 − 2 x ) y = − 2 x ( x 2 − 5 )
Which is a linear differential equation,
So, integrating factor,I.F. = e ∫ − 2 x x 2 − 5 d x = 1 ∣ x 2 − 5 ∣ \text{I.F.} = {e}^{∫ \dfrac{- 2x}{{x}^{2} - 5}dx} = \dfrac{1}{\left|{x}^{2} - 5\right|} I.F. = e ∫ x 2 − 5 − 2 x d x = ∣ x 2 − 5 ∣ 1
Now solution of differential equation is given by,
y ⋅ 1 ∣ x 2 − 5 ∣ = ∫ − 2 x ⋅ x 2 − 5 ∣ x 2 − 5 ∣ d x y ⋅ \dfrac{1}{\left|{x}^{2} - 5\right|} = ∫ - 2x ⋅ \dfrac{{x}^{2} - 5}{\left|{x}^{2} - 5\right|}dx y ⋅ ∣ x 2 − 5 ∣ 1 = ∫ − 2 x ⋅ ∣ x 2 − 5 ∣ x 2 − 5 d x
⇒ y ∣ x 2 − 5 ∣ = x 2 − 5 ∣ x 2 − 5 ∣ ( − x 2 ) + C ⇒ \dfrac{y}{\left|{x}^{2} - 5\right|} = \dfrac{{x}^{2} - 5}{\left|{x}^{2} - 5\right|}\left(- {x}^{2}\right) + C ⇒ ∣ x 2 − 5 ∣ y = ∣ x 2 − 5 ∣ x 2 − 5 ( − x 2 ) + C
Now using the given value, y ( 2 ) = 7 ⇒ C = 3 y ( 2 ) = 7 ⇒ C = 3 y ( 2 ) = 7 ⇒ C = 3
⇒ y = − x 2 ( x 2 − 5 ) + 3 ∣ x 2 − 5 ∣ ⇒ y = - {x}^{2}\left({x}^{2} - 5\right) + 3\left|{x}^{2} - 5\right| ⇒ y = − x 2 ( x 2 − 5 ) + 3 x 2 − 5
⇒ y = f ( x ) ⇒ y = f ( x ) ⇒ y = f ( x ) is even function
If 0 < x < 5 , y = − x 4 + 5 x 2 − 3 x 2 + 15 0 < x < \sqrt{5}, y = - {x}^{4} + 5{x}^{2} - 3{x}^{2} + 15 0 < x < 5 , y = − x 4 + 5 x 2 − 3 x 2 + 15
⇒ y = − x 4 + 2 x 2 + 15 ⇒ y = - {x}^{4} + 2{x}^{2} + 15 ⇒ y = − x 4 + 2 x 2 + 15
For increasing function d y d x > 0 \dfrac{dy}{dx} > 0 d x d y > 0
⇒ d y d x = − 4 x 3 + 4 x > 0 ⇒ \dfrac{dy}{dx} = - 4{x}^{3} + 4x > 0 ⇒ d x d y = − 4 x 3 + 4 x > 0
⇒ x < 1 ⇒ x < 1 ⇒ x < 1 If x > 5 , y = − x 4 + 5 x 2 + 3 x 2 − 15 x > \sqrt{5}, y = - {x}^{4} + 5{x}^{2} + 3{x}^{2} - 15 x > 5 , y = − x 4 + 5 x 2 + 3 x 2 − 15
⇒ y = − x 4 + 8 x 2 − 15 ⇒ y = - {x}^{4} + 8{x}^{2} - 15 ⇒ y = − x 4 + 8 x 2 − 15 For increasing function d y d x > 0 \dfrac{dy}{dx} > 0 d x d y > 0
⇒ d y d x = − 4 x 3 + 16 x > 0 ⇒ \dfrac{dy}{dx} = - 4{x}^{3} + 16x > 0 ⇒ d x d y = − 4 x 3 + 16 x > 0
⇒ − 4 x ( x 2 − 4 ) > 0 ⇒ - 4x\left({x}^{2} - 4\right) > 0 ⇒ − 4 x ( x 2 − 4 ) > 0
⇒ 4 x ( x 2 − 4 ) < 0 ⇒ 4x\left({x}^{2} - 4\right) < 0 ⇒ 4 x ( x 2 − 4 ) < 0
⇒ x ∈ ( − ∞ , − 2 ) ∪ ( 0 , 2 ) ⇒ x \in \left(- \infty , - 2\right) \cup \left(0, 2\right) ⇒ x ∈ ( − ∞ , − 2 ) ∪ ( 0 , 2 ) but x > 5 x > \sqrt{5} x > 5
⇒ x = ϕ ⇒ x = ϕ ⇒ x = ϕ
⇒ y ( x ) ⇒ y ( x ) ⇒ y ( x ) is increasing over ( 0 , 1 ) ( 0, 1 ) ( 0 , 1 )
Now plotting the graph we get,
Hence, maximum value of the function is given by,
⇒ f ( x{)}_\max = 16