La ecuación diferencial
Enviado por iqeo • 22 de Octubre de 2018 • Práctica o problema • 13.756 Palabras (56 Páginas) • 302 Visitas
Universidad Mayor de San Simón Hans Müller Santa Cruz
Facultad de Ciencias y Tecnologı́a Departamento de Mathematicas
Corrección Primer parcial de Cálculo III 1, 2, 3, 4 1 de octubre de 2018
Tabla de Respuestas
1. (40 puntos) Hallar y(ln 2), sabiendo que y es solución del problema
00
y − 4y 0 + 4y = ex ,
y(0) = 2,
0
y (0) = 5.
Respuesta:
La ecuación diferencial asociada al problema es una ecuación lineal de segundo orden, cuya parte homogénea
y 00 − 4y 0 + 4y = 0
es una ecuación lineal homogénea a coeficientes constantes. Por lo tanto, el polinomio caracterı́stico está dado
por
p(λ) = λ2 − 4λ + 4 = (λ − 2).
La solución general de la ecuación lineal homogénea está dada por
y = c1 e2x + c2 xe2x .
La solución particular la encontramos por tanteo, planteando y = αex , se tiene que y = ex es una solución
particular. Por consiguiente la solución general de la ecuación lineal asociada al problema es
y = c1 e2x + c2 xe2x + ex .
Resolver el problema a valor inicial, significa encontrar los valores de c1 y c2 . Remplazamos las condiciones
iniciales,
y(0) = c1 + 1 = 2 ⇒ c1 = 1,
0
y (0) = 2 · 1 + c2 + 1 = 5 ⇒ c2 = 2.
La solución del problema a valor inicial es
y = e2x + 2xe2x + ex
y por lo tanto
y(ln 2) = e2 ln 2 + 2(ln 2)e2 ln 2 + eln 2 = 4 + 8 ln 2 + 2 = 6 + 8 ln 2.
La respuesta es y(ln 2) = 6 + 8 ln 2.
2. (30 puntos) Hallar la solución general de la ecuación diferencial
yy 00 + (y 0 )2 = 0.
Reducimos el orden de la ecuación planteando y 0 = u(y). Por consiguiente, aplicando la regla de la cadena, se
tiene
d du dy du
y 00 = u= =u .
dx dy dx dy
Remplazando en la ecuación, se obtiene:
du du du
yu + u2 = 0 ⇒ u(y + u) = 0 ⇒ u = 0 o y + u = 0.
dy dy dy
Si u = 0,se tiene y 0 = 0 y por lo tanto y = c.
Sino
du du 1 d
y +u=0⇒ = − u ⇒ u = de− ln y = .
dy dy y y
Esto significa que
d 1
y 0 = ⇒ yy 0 = d ⇒ y 2 = dx + c,
y 2
Por lo que la solución general de la ecuación es
y 2 = c1 x + c2 .
Remarcamos que cuando c1 = 0, se tiene la solución para el caso u = 0.
3. (30 puntos) Hallar la solución general de
y − xy 2
y0 =
x + x2 y
Respuesta:
Factorizemos el lado derecho de la ecuación, se tiene
y(1 − xy
y0 = ,
x(1 + xy)
planteamos z = xy, de donde z 0 = xy 0 + y, remplazamos en la ecuación diferencial
y − yz 2y 2z
z0 − y = ⇒ z0 = =
1+z 1+z x(z + 1)
ecuación de tipo separable
z+1 0 2
z = ⇒ ln z + z = ln(cx2 )
z x
de donde remplazando z = yx obtenemos
x
xy = ln(c ) ⇒ x = cyexy .
y
La respuesta es x = cyexy .
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Universidad Mayor de San Simón Hans Müller Santa Cruz
Facultad de Ciencias y Tecnologı́a Departamento de Matemáticas
Primer parcial de Cálculo III 1 1 de octubre de 2018
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Indicaciones: En las
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