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lunes, 9 de mayo de 2016

Ecuaciones diferenciales de variables separables

Ecuaciones diferenciales de variables separables ejemplos resueltos en 3 pasos.

En esta ocasión se desarrolarán 6 ejemplos de ecuaciones diferenciables de variables separables, partiendo del caso base donde la ecuación se presenta en su forma estándar.
1.- La ecuación diferencial se escribe en la FORMA ESTÁNDAR propia de una ecuación diferencial ordinaria de primer orden:
dydx=f(x,y)
Ejemplo:
dydx=3x2+4x+22(y−1)
Donde:
f(x,y)=3x2+4x+22(y−1)
2.- SEPARAMOS LAS VARIABLES de acuerdo al criterio.
Mdx=Ndy
Donde:
M=f(x) y N=f(y)
La mnemotecnia utilizada para este paso es: Pájaros de un mismo plumaje vuelan juntos
3.- Por último, INTEGRAMOS ambos miembros de la ecuación mediante las fórmulas y técnicas conocidas de Cálculo integral
Ecuaciones diferenciales de variables separables ejemplos
Pasos de mayor importancia para resolver Ecuaciones Diferenciales separables de primer orden

Ejemplo 1:
I. dydx=3x2+4x+22(y−1)
Pasos:
1.-  dydx=3x2+4x+22(y−1)
2.- 2(y−1)dy=(3x2+4x+2)dx
⇒2ydy−2dy=3x2dx+4xdx+2dx
3.-  ⇒2∫ydy–2∫dy=3∫x2dx+4∫xdx+2∫dx+C
⇒22y2−2y=33x3+42x2+2x+C
Resultado:
⇒y2−2y=x3+2x2+2x+C
IMPORTANTE, en esta ocasión los resultados se represantarán implícitamente; es decir, no se despejará la variable dependiente, lo cual en realidad es un problema de álgebra

Ejemplo 2:
II. dydx=ycos⁡x1+2y2
Pasos:
1.-  dydx=ycos⁡x1+2y2
2.-  (1+2y2)dy=ycos⁡xdx
⇒(1+2y2)dyy=cos⁡xdx
⇒1ydy+2ydy=cos⁡xdx
3.-  ∫dyy+2∫ydy=cos⁡xdx+C
⇒ln⁡y+22y2=sin⁡x+C
Resultado:
⇒ln⁡y+y2=sin⁡x+C

Ejemplo 3:
III. dydx=x21−y2
Pasos:
1.-  dydx=x21−y2
2.-  (1−y2)dy=x2dx
⇒dy−y2dy=x2dx
3.-  ∫dy−∫y2dy=∫x2dx+C
Resultado:
y−13y3=13x3+C
Ejemplo 4:
IV. xdydx=4y
Pasos:
1.-  xdydx=4y
2.-  xdy=4ydx
14dyy=dxx
3.- 14∫dyy=∫dxx+C
⇒14ln⁡y=ln⁡x+C
⇒ln⁡y1/4=ln⁡x+C
⇒eln⁡y1/4=eln⁡x+C
⇒y1/4=eln⁡xeC
Resultado:
y1/4=C1x
Se puede simplificar con álgebra quedando:
⇒(y1/4)4=(C1x)4
⇒y=C2x4
Ejemplo 5:
V. dydx=ysin⁡x
Pasos:
1.- dydx=ysin⁡x
2.- dyy=sin⁡xdx
3.- ∫dyy=∫sin⁡xdx+C
⇒ln⁡y=−cos⁡x+C
⇒eln⁡y=e−cos⁡x+C
y=e−cos⁡x+C
y=e−cos⁡xeC
Resultado:
y=C1e−cos⁡x

Ecuaciones diferenciales de variables separables ejemplos
Gráfica de la familia de soluciones y dos soluciones particulares del ejercicio 5

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