Ecuaciones diferenciales de primer orden y aplicaciones

Variables separables

Ecuaciones lineales

Ecuaciones exactas

Soluciones por sustitución

Una ecuación separable es una ecuación diferencial de primer orden que se dice es separable o tiene "variables separables"

image Ecuación 1

Al dividir entre la función h(y) podemos escribir una ecuación que es en la forma de la ecuación de la forma, en la que p(y) representa 1/h(y)

image Ecuación 2

Se puede encontrar una solución a la ecuación 2 y llegar a otra ecuación de la siguiente forma

image Ecuación 3

La ecuación 3 se puede simplificar y llegar a la siguiente ecuación

image Ecuación 4

Se dice que una ecuación es lineal cuando se encuentra de la siguiente forma

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Al dividir ambos lados de la ecuación 1 entre el primer coeficiente se obtiene la forma estándar de la ecuación

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Pasos para resolver una ecuación lineal de primer orden

Poner la ecuación lineal en la forma estándar

Identificar la identidad de la forma estándar y después determinar el factor integrante

image Factor integrante

Multiplicar la forma estándar de la ecuación por el factor integrante

Integrar ambos lados de la ecuación

Una expresión M(x,y)dx+N(x,y)dy es una diferencial exacta en una región R del plnao xy si esta corresponde a la diferencial de primer orden de la forma:

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Se dice que es una ecuación exacta si la diferencial del lado izquierdo es una diferencial exacta

Una condición necesaria y suficiente para que M(x,y)dx+N(x,y)dy sea una diferencial exacta es:

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Prueba de la necesidad

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Por tanto

Con frecuencia el primer paso para resolver una ecuación diferencial es transformarla en otra ecuación diferencial mediante le sustitución

Ecuaciones Homogéneas

Si una función f tiene la propiedad f(tx,ty)=f^(∞) f(x,y)
para algún número real, entonces se dice que es una función homogénea de grado ∞

Una ecuacion diferencial, como la ecuación 1, se dice que es homogénea si ambas funciones coeficientes M y N son ecuaciones homogéneas del mismo grado

image Ecuación 1

M(tx,ty)=t^(∞) M(x,y) y N(tx,ty)=t^(∞) N(x,y)

Es homogénea si

Ademas si M y N son funciones homogéneas de grado ∞, podemos escribir

M(x,y)=x^(∞) M(1,u) y N(x,y)=x^(∞) N(1,u) donde u=y/x

M(x,y)=y^(∞) M(v,1) y N(x,y)=y^(∞) N(v,1) donde v=x/y

y