domingo, 23 de agosto de 2020

Ecuaciones Diferenciales

Ecuación diferencial es una ecuación que involucra derivadas (o diferenciales) de una función desconocida de una o más variables. Si la función desconocida depende sólo de una variable, la ecuación se llama una ecuación diferencial ordinaria. Sin embargo, si la función desconocida depende de más de una variable la ecuación se llama una ecuación diferencial parcial.

Un ejemplo de ecuación diferencial ordinaria es:

Monografias.com

La variable independiente (v. i) es x

La variable dependiente (v. d) es y

Un ejemplo de ecuación diferencial parcial es:

Monografias.com

La variable independiente (v. i) es "x" y "y"

La variable dependiente (v. d) es V

Unidad VI: Ecuaciones diferenciales ordinarias - Métodos numéricos E11

Resolver la ecuación diferencial

Monografias.com

La expresión es una "función primitiva" de la ecuación diferencial.

Verificación

Monografias.com

Observación: Al derivar la función primitiva se reproduce exactamente la ecuación diferencial.


Problema de valor es una ecuación diferencial ordinaria junto con un valor especificado, llamado la condición inicial, de la función desconocida en un punto dado del dominio de la solución. 

Ejemplo # 1

Una partícula $P$ se mueve a lo largo del eje $x$ de manera tal que su aceleración en cualquier tiempo $t \geq 0$ está dada por $a(t) = 8 - 4t + t^2$. Encuentre la posición $x(t)$ de la partícula en cualquier tiempo $t$, suponiendo que inicialmente la partícula está localizada en $x=1$ y está viajando a una velocidad de $v=-3$.

Recuerde que la primera derivada de la posición nos da la velocidad y la segunda derivada la aceleración. De donde el problema de valor inicial sería


\begin{displaymath}
\begin{array}{rcl}
\frac{d^2 x}{d t^2} & = & 8 - 4t + t^2 \\
x(0) & = & 1 \\
x^{\prime} (0) & = & -3 \\
\end{array}
\end{displaymath}


Integrando con respecto a $x$ obtenemos


\begin{displaymath}
\frac{dx}{dt} = 8t - 2t^2 + \frac{t^3}{3} + A
\end{displaymath}


y usando la condición $x(0)=1$ podemos hallar que $A = -3$, con lo cual la velocidad en cualquier tiempo $t$ sería


\begin{displaymath}
\frac{dx}{dt} = 8t - 2t^2 + \frac{t^3}{3} - 3
\end{displaymath}


Integrando de nuevo


\begin{displaymath}
x(t) = 4t^2 - \frac{2}{3} t^3 + \frac{1}{12} t^4 - 3t + B
\end{displaymath}


y usando la condición $x^{\prime}(0)=-3$ podemos determinar que $B=1$ y obtener la posición de la partícula en cualquier tiempo $t$


\begin{displaymath}
x(t) = \frac{1}{12} t^4 - \frac{2}{3}t^3 + 4t^2 - 3t + 1
\end{displaymath}


En la figura 7 se muestra la gráfica de la posición de la partícula versus tiempo.

 
 
Solución de Ecuaciones Diferenciales Ordinarias de Primer Orden
Variables Separables.
Ecuaciones Lineales.


Ecuaciones Exactas.

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