formula rio ecuaciones diferenciales

4
7/23/2019 Formula Rio Ecuaciones diferenciales http://slidepdf.com/reader/full/formula-rio-ecuaciones-diferenciales 1/4 1,. E(]IJACIOI{ES DIFERENCIAI,ES DI] PRIMgR ORDEN _;>' 1. 1 .- tiilu.4il l0§¡tls DE vARIA*B t,Üs S il PA I.I.I\ f] t, fi S rrr s f [94 #) = .f (x) enronces se riene el factor integrante: z(x,y)-: h(x\:"lt{"u' ol s, ^-)(9L #) = s(y) entonces se riene el factor integrante: u(x, y) : lt(y) - ,[ 'otu' Ayuclante: I¡rancisco Valenzuela Riquelme l. 3.- ECUACICI N :S t,i N li¡\l.tiS Facultad de Ingeniería Curso: Ecuaciones Diferencíales u§ach SUME§¡#,DO'S ruE - g(t). h(y) * t #U= [ s(ütr + c 1.1.l.-ltcuAcroNF:s Qllil srj RIIIIIJCEN A L]CI]ACI ON ES DTJ VARIAB I,-F]S Sfi I'A RAB I,E S dv (a) a=f@x+by+c) dx Hacemos z : ax + by +, =+ = o + b4 dx dx Remplazando se obtiene: ,J- a = o + bf(z) *ecuación de variables separables dx dv -l v\ (b) * = Jl'l dx \x/ vdz Hacemos ;::- 3 - dx Son de la forma: dy dt = a(t) + ó(/) *Fórrnula de Leibniz ECUACTONES QUE SE REDUCIIi'i CASO LINEAL t1t, Remplazando se obtiene: dz _J'G)-z dxx 1,2 "- T'{I"}ACIO N I]S Di FEI{I]NCIAI,NS HXAil'TAS Y ITACTOR INTEüRAN'IE M(x,y)dx + N(x, y)dy:0 es exacta ssi: dv -:-+p(x\v=l(x'lv" dr Multiplicando la ecuación por yd y luego haciendo ei cambio z = yr-,, se obtiene: ** r, - n) p(x)., : (1 - n) f (x) 1,4,1.. ECUACIÓN DIl BERNOULI,J con n*l *Ecuación Lineal ... T,4,2.- ECUACíON DE RICCAI'1 dv "..T-y dx =- 1 -tr - AM AN - = -:- de no cumplirse esta igualdad la ecuación Ay Ax no es exacta y se busca el factor integrante **rr*rr+q(x)y'=f(x) Se requiere de solución particular "y, (x) .Así, hacemos el cambio de coordenadas "y(r) = ,(x)*l y obtenemos una zlx) ecuaciónlineal. n ., *l¡ / / **. ,i; = - { Y*,riit=.r 'f a\x}¿ q*i 'l[;-t"'"" bal:"]  att\,lt  (t) : e' I I

Upload: maximo-valdes

Post on 18-Feb-2018

221 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Formula Rio Ecuaciones diferenciales

7/23/2019 Formula Rio Ecuaciones diferenciales

http://slidepdf.com/reader/full/formula-rio-ecuaciones-diferenciales 1/4

1,.

E(]IJACIOI{ES

DIFERENCIAI,ES

DI]

PRIMgR ORDEN

_;>'

1.

1

.-

tiilu.4il

l0§¡tls

DE

vARIA*B

t,Üs

S il

PA

I.I.I\

f] t, fi

S

rrr

s

f

[94

#)

=

.f

(x)

enronces

se

riene

el

factor

integrante:

z(x,y)-:

h(x\:"lt{"u'

ol

s,

^-)(9L

#)

=

s(y)

entonces

se

riene el

factor

integrante:

u(x,

y)

:

lt(y)

-

,[

'otu'

Ayuclante:

I¡rancisco

Valenzuela

Riquelme

l. 3.- ECUACICI

N

:S

t,i

N

li¡\l.tiS

Facultad

de

Ingeniería

Curso:

Ecuaciones

Diferencíales

u§ach

SUME§¡#,DO'S

ruE

-

g(t).

h(y) *

t

#U=

[

s(ütr

+ c

1.1.l.-ltcuAcroNF:s

Qllil

srj

RIIIIIJCEN

A

L]CI]ACI

ON

ES DTJ VARIAB

I,-F]S

Sfi

I'A RAB

I,E

S

dv

(a)

a=f@x+by+c)

dx

Hacemos

z

:

ax +

by

+,

=+

=

o + b4

dx

dx

Remplazando se obtiene:

,J-

a

=

o

+

bf(z)

*ecuación

de

variables separables

dx

dv

-l

v\

(b)

*

=

Jl'l

dx

\x/

vdz

Hacemos ;::- 3

-

dx

Son de

la forma:

dy

dt

=

a(t)

+ ó(/)

*Fórrnula

de

Leibniz

ECUACTONES

QUE

SE

REDUCIIi'i

CASO LINEAL

t1t,

Remplazando

se

obtiene:

dz

_J'G)-z

dxx

1,2

"-

T'{I"}ACIO

N I]S

Di

FEI{I]NCIAI,NS

HXAil'TAS Y ITACTOR

INTEüRAN'IE

M(x,y)dx

+

N(x,

y)dy:0

es exacta

ssi:

dv

-:-+p(x\v=l(x'lv"

dr

Multiplicando

la

ecuación

por

yd

y

luego haciendo

ei

cambio

z

=

yr-,,

se obtiene:

**

r,

-

n) p(x).,

:

(1

-

n)

f

(x)

1,4,1..

ECUACIÓN

DIl BERNOULI,J

con

n*l

*Ecuación

Lineal

...

T,4,2.- ECUACíON

DE RICCAI'1

dv

"..T-y

dx

=-

1

-tr

-

AM

AN

-

=

-:-

de

no cumplirse

esta

igualdad

la ecuación

Ay Ax

no

es

exacta

y

se busca el

factor integrante

**rr*rr+q(x)y'=f(x)

Se

requiere

de

solución

particular

"y,

(x)

.Así, hacemos

el cambio de

coordenadas

"y(r)

=

,(x)*l

y

obtenemos

una

zlx)

ecuaciónlineal.

n

.,

*l¡

/

/

**.

,i;

=

-

{

Y*,riit=.r

'f

a\x}¿

q*i

'l[;-t"'""

bal:"]

 

att\,lt

 (t)

:

e'

I

I

Page 2: Formula Rio Ecuaciones diferenciales

7/23/2019 Formula Rio Ecuaciones diferenciales

http://slidepdf.com/reader/full/formula-rio-ecuaciones-diferenciales 2/4

u§ach

Facultad

de Ingeniería

Curso:

Ecuaciones

Diferenciales

1.5.-

APLICACIOi\

DE

irCUACi0¡lHs

DE

PRII'18F.

ORDEN

Ayudante:

Francisco

Valenzuela

Riquelme

1:5.:lr-

LEY

t)H

F.NFRIAMilji\l' 'Ü

Dti

N:ijw'l

()i";

"La

velocidad

con

que

se

enfría

una

sustancia

en

el

aire

es

proporcional

a

la

diferencia

de

la

temperatura

de

la

§ustancia

y

el

aire"

Se

tiene

:

T,(t)

:Temperatura

de

la

sustancia

en el

instante

t

I,,

Temperatura

del

medio(aire)

constante

Luego,la

ecuación

diferencial

que

modela

ei

fenón-ien

es:

t

'+=-k[rr'l-4"]

-

=

t(r)

=Tn

*[f

tOl

-T',,,k-r'

)

: Cantidad

de

soluto

en

el

estanque

en

el

tiempo

Velocidad

de entrada

del

fluido

al estanque

Velocidad

de

salida

del

fluido

del

estanque

:

Concentración

de

entrada

del

solttto

al

estanque

:

Concentración

de salida

del

soluto

del

estanque

Volumen

inicial

de

fluido

en

el

estanque

Cantidad

inicial

de

soluto

en

el estanque

rl(/)

f

V,

.C;

-V"

.C,

;v(f)

=

Y,,

+

(L'"

-Y',)'t

i 5

1.- REACCIOi'iES

QLilh'llcAS

IIE

PRINlER

ORDEN

Y DESINTEGRACiCN

Se

tienen

los

siguientes

parámetros

y

condiciones:

.r.:

Cantidad

inicial

en

gramos

-t(f

)

:

Número

de

gramos

presentes

en

el

instante

t

dx

"'''

:

Ritmo

de

crecimiento

de

x

dr

.1-r

-

"''

:

Ritmo

de

decrecimiento

de

x

dt

k

:

Constante

de

ProPorcionalidad

De

esta

forma,

si

k>0,

la ecuación

diferencial

que

describe

el

proceso

químico es:

.h

=

x(f)

:

xt,€

"'

Denominamos

semivida

al

tiempo

requerido

para

que

la

sustancia

reduzca

su masa

a

la mitad,

el cual

está

dado

por:

ln(2)

a-

k

1:5:2

-

CRECIMiEN'10

DE

BAC'I'ERI¡\S

-\

(r)

: Cantidad

de

bacterias

en

el

instante

t

dN

dt

:

nacimiento

s

-

muerte.s

:

a(Í)N

-

b(t)N

.Y(t

V

V,

C.

C"

xo

V,,

=

1v(r)

-

/'r(o)ef

@Q)-b(¡))ctt

Con

a(r)

y b(t)

proporción

de

nacimientos

y

muertes

respectivamente

_,

x(/)

Donde;

C',

=

^

(¡)

Page 3: Formula Rio Ecuaciones diferenciales

7/23/2019 Formula Rio Ecuaciones diferenciales

http://slidepdf.com/reader/full/formula-rio-ecuaciones-diferenciales 3/4

Facultad

de

Ingeniería

Curso:

Ecuaciones

Dif'erenciales

u§ach

Ayudante:

Francisco

Valenzuela

Riquelme

Donde:

t

e

lz

soluciones

particulares

LI

Conociendo

yr[xJ,

la

otra

solución

particular

yz[xJ

la

calculamos

según:

;i

r'

t

''

la*

. /).

ltG)

=

y'r(x)

l:-

dx

'

ltlx)'

Fórmula

de

Abel

x,(l):

Cantidad

de

soluto

en

el

estanque

L

de

capacidad

Vr

en el

tiempo

t

x,(t):

Cantidad

de

soluto

en el

estanque

2

de

capacidad

Vz

en

eltiempo

t

Considerando:

Entrada

de fluido

por

la

llave

A

a razón

de b

lts/min,

entonces

por

la llave

B

y

C

sale

solución

a

razón

de b

Its/min.

Tenemos

así

el

sistema

de

ecuaciones

diferenciales:

Resolviendo

Ia

primera

ecuación

se

encuentra

xr(t)

para remplazar

en

Ia

segunda

ecuación,

2.

HCUACIONES

DIFERFNCiAi,ES

DE

.l.l

"

n{:llACIONrr-S

LtNt",Af,tiS

ItF.

St,C{JND{)

0ii.DEiY

a

o

(x)

y"

+

a,

(

x)

v'

+

a,

(x)

y

=

$(x)

F'ORlvlA

i{ot{iv1Ai,

y"

*

p,

(x)

y'

+ p.(x)-1,,

:

g(x)

2.1,2."

rrcllAcróhí

r.t

N

riAi,

ati;ü,¡csñfl¿

y"*tr¡,(x)y'+pr(r)y

=

0

I

n@):

ctlt )

+

c,yr{x)

¿.1

ECUACtONiiS

t,lN

IAL]::S

I{ONi("}ü

i.ir i:r:l:

I)

fl CO

h-F

lCi H

N1'Ll

S C

L)

N

S't'A

lrj't'

itS

aoy"+ary'+az

=0

Calculamos:

Luego

(b)

a=0

Luego

(c)

A<0

Lu

aok2

+

atk

+

az

:01*

Ecuación

característica

(a)

A

>

0

kr,

kz

raíces

reales

v

distintas

 ,,(x)=ctek'*

*crgk"

kr=kz

raíces

reales

,)

u,

1.-

-

t

1¿

d=

Además:

.,,,_d(4,

d¡)

,t(dy

_,)

,l(dv

_,\dt

,

---

l--i

.e

i--.

 

dt\ctr

,t)

tu\dt

)

ú\dr

"

)a,

..,,

(

,t'1,

-,

tty

--,)

.

,

-r,(

,lt y

,ly\

,

=[¿t'e

-;

e-'

)a'

:r-l'l;í-i)

yo(x)=crek''

+c,xek"

kr, kz

raíces

complejas

con:

É

=

a

t

iF

/-*-

2.4

".

F.{"UACiÓN

I}I

LiiJt,Ei{

au.Y2

y"+arx

.

),'*u

zy

=

0

Con:

as,a1,a2

constantes

reales,

ao*0

Hacemos:

¡

: g

dx

dt

-t

-e

-.-=€

t

dx

-t r

tE+

4g

b

xt'lt)

=

-;xr

1

bb

Ir'(/):-..x,

Yt'V2

Page 4: Formula Rio Ecuaciones diferenciales

7/23/2019 Formula Rio Ecuaciones diferenciales

http://slidepdf.com/reader/full/formula-rio-ecuaciones-diferenciales 4/4

Facultad

de

Ingeniería

Curso:

Ecuaciones

Diferencial

es

Remplazando

se

obtiene

una

ecuación

de

§ach

.o"fi;i;;;^."v

JL

uuLrsrre

una

ecuaciór

:es

constantes

cuya

ecuación

caracterÍstica

es:

ark'

+

(a,

-

a)k

*

o,

=0

(a)

A >

0

kr,

kz

raíces reales

y distintas

 

J

srva

Luego

lyr(*l-

",r',;;",L

I

a=05ffi

[¡--=-

Luego

iIoG¡:

",y'-.rt

L{',)l--

^,n-

',í

f)o:9frot@n,

:ati§

2.5.

NiU'l-ODO

\,.1i_il,\Í_lttli

I)E

_

l"l"'*p,

(.r)1.'*p,

(.,)_,.

=7Gll

Buscamos

soluc.ión

oarticular

de

la

ecuación

anterior

del

tipo:

l'o

(.r)

=

c,(x),t'

(.r)

*

c,:

(.r)-r.,

(-r.)

Ayudante:

Francisco

Valenzue'ia

Riquelme

¿.6..

MF,',r'(Jt)i)

Dti

(;()Et

t(;it.j1\-t.1

5

{I{»ETIRM]NA

Do:j

Se

aplica

para

encontrar

una

solución

particular

de

ecuaciones

del

tipo:

a,,,

y"

+

e,

¡,'

+

t

t..r,

=

|

e,.,'

lrp,(x)

cos(r7,

x)

+

e,

@).s

en(,q,

x

)f

::,1d"

ao.at

a¡riy

Qi

ctes

reales,

pi[x)

y

Qi[xJ

polinomios.

En

la

siguiente

tabla

se

ilustra

algunos

ejemplos

específicos

de

f[x)

de

la

ecuación.on

ru."rpectiva

.

lorma

de

solución

particular.

-

-*"

""

'

LJ]

(b)

Sunoniendo

que

ninguna

función

en

la

solución

particuiar

supuesta

es

una

solución

de

la

ecuación

d iferencial

homogénea

asociada.

t-

:.

i.t+)

3.

1P

-2

' i . '

J.

.r3-¡+1

5.

s¡u4r

ó.

.

_:

-:;

7.

e5t.

-

.

.-;:'.

8.

(Ox

-

2¡o:.i

g.

r2gst

_

10.

cl,

s.il

4r.

'

1I;

S¡?jin4¡

ll.

r'i,lt

cos4.¡.

lr+B

*${ü

fW,

...,,,\'t¡

¡¡.,;,11'

..,

A;3

¡.

b-r.;

ir.+

f

.4

ros

¿1.+

Bsu¡

,{

cos

4a

* B

sll¡.¡

,4eh

"

'.r,.

,

t:ii

:

ti*

i

r).t,

r:::,:r

..'r

i:

{¡1

cos

4.r

+

B

sin

e3.

(¡lx¿

+ 8x

*

Cicos

4.1

*

{fxr

* f¡

*

6)

sh

{x

(A;:1

B).

',,0:i4.r

+

i¿,,

i

Il,,;

s;rr..r

]eSIa

de

multiplicación:

Si

alguna

y,

conriene

términos

que

dupiican

lo,

t¿.mjno,

ái

r"n,

"n,on..r

r,

::

d.: "

multiplicar

por

xn,

donde

n

es

el

entero

positivo

mínimo

que

elimina

"r"

arpii"r.,r,

n/

(x)

=f

-'

,

r'l

.r'. (-r)

i

ly,'

(x)

1,,

'(.r)l

Luego,

c1[x] y c2(xJ

deben

satisfacer

el

sistema:

Cuyas

soluciones

son:

{,,(x)

=

-¡f

(r)Y.lx)

,,

 

w'(*)

Con: