Unidad 1: ECUACIONES DIFERENCIALES DE PRIMER ORDEN

1. Unidad 1: ECUACIONES DIFERENCIALES DE PRIMER ORDEN SOLUCIONES POR SUSTITUCION(Método de sustitución)

2. Sustituciones • Suponga que se desea transformar la ecuación diferencial de primer ordenmediante la sustitución y=g(x,u),donde u se considera una función de la variable x.Si g posee derivadas parciales, entonces la regla de la cadena genera

3. Sustituciones… • Si dy/dx se sustituye por la derivada anterior y y se reemplaza en f(x,y) por g(x,u) entonces, la ecuación diferencial se convierte en que si se resuelve para du/dx, tiene la forma: • Si de esta última ecuación se puede determinar una solución u=f(x), entonces una solución de la ecuación diferencial original es y=g(x,f(x)).

4. Funciones homogéneas • Si una función f posee la propiedad f(tx,ty)=taf(x,y) para algún número real a, se dice entonces que f es una función homogénea de grado a. • Por ejemplo:f(x,y) = x3+y3 es una función homogénea de grado 3 mientras que f(x,y) = x3+y3 +1 no lo es.

5. Polinomios homogéneos • Polinomios homogéneos son aquellos en los que todos los términos son del mismo grado. • Ejemplos: x2y + 8xy2 – x3 +y3(la suma de los exponentes de cada uno de los cuatro términos son de grado 3). 5x2y3 + 4xy4 +8x5(la suma de los exponentes de cada uno de los tres términos son de grado 5).

6. Ecuaciones homogéneas • Cuando las funciones M(x,y) y N(x,y) de la ecuación diferencial de primer orden M(x,y)+N(x,y)=0 son ambas polinomios homogéneos del mismo grado “n”, la ecuación diferencial se denomina: ecuación diferencial homogénea de grado n.

7. Ecuaciones homogéneas… • Para la ecuación diferencial homogénea M(x,y)dx + N(x,y)dy = 0, M y N tienen la propiedad de que para toda t>0, la sustitución de x por tx y la de y por ty hace que M y N sean del mismo grado n. • En otras palabras, la ecuación diferencial es homogénea si: M(tx,ty)=tnM(x,y) y N(tx,ty)=tnN(x,y).Para n e R.

8. Ecuaciones homogéneas… • Las ecuaciones diferenciales homogéneas de grado n siempre se pueden reducir a ecuaciones diferenciales de variables separables, utilizando cualquiera de las dos sustituciones, o cambios de variables siguientes:

9. Problema • Resuelva la ecuación diferencial mediante la sustitución:

10. Ecuación de Bernoulli • La ecuación diferencial Donde n es cualquier real se llama Ecuación de Bernoulli. • Para n=0 y n=1 la ecuación anterior es lineal. • Para n diferente de 0 ó 1, la sustitución u=y1-n reduce la ecuación de Bernoulli a una ecuación lineal.

11. Ecuación de Bernoulli… • Resuelva la ecuación diferencial con la sustitución adecuada.

12. Otras reducciones • Una ecuación diferencial de la forma:Se reduce siempre a una ecuación con variables separables por medio de la sustitución:

13. Otras reducciones… • Resuelva las ecuaciones diferencial con la sustitución adecuada.