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Cálculo para la toma de decisiones Semana 01: Ecuaciones diferenciales de primer orden. Sesión 01 TEMA: Ecuación diferencial: Tipos, orden, linealidad, solución general y particular Datos/Observaciones Contenido general Ecuación diferencial ordinaria. Tipos de ecuación diferencial. Orden de una ecuación diferencial. Linealidad. Solución general y particular de una ecuación diferencial. Logro de la Sesión Al finalizar la sesión el estudiante identificará el orden, los tipos y las soluciones de una ecuación diferencial. Utilidad - Nos ayudara a reconocer el orden de una ecuación diferencial. - Nos ayudara a interpretar un problema con condiciones iniciales. • Ecuación Diferencial • Se denomina ecuación diferencial (ED) a la ecuación que contiene derivadas de una o más variables respecto a una o más variables independientes 𝑑𝑦 𝑑𝑥 + 𝑝𝑦 = 𝑞 • Tipos de ED • Ecuación diferencial ordinaria EDO Ecuación diferencial parcial EDP 𝑑𝑦 𝑑𝑥 + 𝑝𝑦 = 𝑞 Orden de una ED • Es el orden de la mayor derivada en la ecuación Ecuación diferencial de orden 5 Ecuación diferencial de orden 2 2 𝑑2𝑥 𝑑𝑡2 + 8 𝑑𝑥 𝑑𝑡 + 6𝑥 = 0 2 𝑑2𝑥 𝑑𝑡2 + 8𝑡3 𝑑5𝑥 𝑑𝑡 + 6𝑥 − 𝑡 𝑑𝑥 𝑑𝑡 = 𝑡𝑠𝑒𝑛(2𝑡) • Linealidad de una ED Una ED es lineal si tiene la forma: 𝑎𝑛 𝑥 𝑑𝑛𝑦 𝑑𝑥𝑛 + 𝑎𝑛−1 𝑥 𝑑𝑛−1𝑦 𝑑𝑥𝑛 +…+𝑎1 𝑥 𝑑𝑦 𝑑𝑥 +𝑎0 𝑥 𝑦 = 𝑔(𝑥) donde los 𝑎𝑖(𝑥) son denominados coeficientes de la ED 2𝑦′′′ − 𝑥3𝑦′′ + 𝑠𝑒𝑛 𝑥 𝑦′ = ln(𝑥)Ejempl o • Solución General • Es aquella que contiene todas las soluciones de la ED. Ejempl o 𝒚′ + 𝒚 = 𝟎 Solución general: 𝒚 = 𝒄𝒆−𝒙 ED: Otra característica de la solución general es que ella posee al menos una constante arbitraria Una característica esencial de la solución general es que satisface la ED La solución general representa las infinitas soluciones que posee la ED • Solución Particular Es aquella que no contiene constantes arbitrarias, estas se definen a partir de condiciones iniciales. Ejempl o 𝑦′ + 𝑦 = 0 Tiene como solución general a: 𝑦 = 𝑐𝑒−𝑥 Obtenemos una solución particular 𝑦𝑝 = 3𝑒 −𝑥 Si a la ED se le sujeta a condición inicial: 𝑦(0) = 3 La ecuación diferencial Si a la ED se le sujeta a condición inicial: 𝑦(1) = 0.3𝑒−1 Obtenemos una solución particular 𝑦𝑝 = 0.3𝑒 −𝑥 Ejercicio Explicativo 1 Solución Verifique que la función 𝑦 = 𝑒𝑥 es solución particular de la ecuación diferencial de segundo orden, 𝑥𝑦′′ − 𝑥 + 10 𝑦′ + 10𝑦 = 0 Ejercicio explicativo 2 La solución general de la ecuación diferencial, 𝑦′ + 𝑦 = 0 está dada por 𝑦 = 𝑐𝑒−𝑥. Determine la solución particular que satisface a la condición 𝑦(0) = 1. Ejercicio reto La ecuación diferencial 𝑦′′ + 4𝑦 = 0 admite como solución general 𝑦 = 𝐴𝑐𝑜𝑠(2𝑡) + 𝐵𝑠𝑒𝑛(2𝑡) Determine la solución particular que satisfaga las condiciones iniciales 𝑦 0 = 3, 𝑦′ 0 = 8 CONCLUSIONES 1. Se clasificó una EDO 2. Se cálculo la solución general de una EDO. 3. Se cálculo la solución particular de una EDO.