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Álgebra diferencial y ecuaciones algebraicas diferenciales

¿Podría darme alguna información sobre el álgebra diferencial? ¿De qué se trata?

Las ecuaciones algebraicas diferenciales (DAE) son polinomios con coeficientes complejos y las variables desconocidas son $z, x, x'$ .

¿Esto es correcto?

¿Cuál es la diferencia entre ellos y las EDE?

Dos posibles soluciones de DAE $C^{ \infty }$ funciones y series de energía formales, ¿verdad?

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Sobre el álgebra diferencial encontré también esto enlace .

¿Significa esto que el álgebra diferencial se trata de ecuaciones diferenciales sobre un campo o un anillo?

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AlexMax Puntos 366

Se trata de dos conceptos distintos y poco relacionados (aunque no del todo).

Álgebra diferencial es el estudio de los anillos y campos diferenciales y las estructuras relacionadas. Permítanme mencionar brevemente algunas cosas sobre los campos diferenciales para darles una idea de lo que es el álgebra diferencial.

Un campo diferencial es un campo $\mathbb F$ junto con una función $\partial : \mathbb F \to \mathbb F$ , llamado derivación que satisface la regla del producto: $$\partial(xy) = \partial(x)y + x\partial(y)$$ Un elemento $x \in \mathbb F$ se llama constante del campo diferencial si $$\partial(x) = 0.$$ El conjunto de todas las constantes forman un subcampo del campo diferencial.

Un ejemplo de anillo diferencial es $\mathbb R(t)$ el campo de las funciones racionales en $t$ en $\mathbb R$ con la derivación $\frac{d}{dt}$ La diferenciación con respecto a $t$ . Las constantes de $\mathbb R(t)$ es $\mathbb R$ .

Los elementos del álgebra diferencial se utilizan, por ejemplo, en teoría diferencial de Galois y integración simbólica .

A sistema de ecuaciones algebraicas diferenciales es un sistema de ecuaciones en el que algunas ecuaciones son algebraicas y otras diferenciales. No es necesario que las ecuaciones sean polinómicas. Digo sistema de ecuaciones, porque si no es un sistema de ecuaciones, es decir, sólo hay una ecuación, será puramente algebraico o diferencial.

Un ejemplo de sistema DAE son las ecuaciones que describen los movimientos de un péndulo plano, con posición $(x,y)$ , velocidad $(u,v)$ todas las funciones del tiempo $t$ con la longitud $L$ : $$\begin{align} \dot x &= u \\ \dot y &= v \\ \dot u &= \lambda x \\ \dot v &= \lambda y - g \\ L^2 &= x^2 + y^2 \end{align}$$ como puedes ver, la última ecuación es algebraica y no diferencial.

Aquí he explicado la diferencia entre una EDO y una EDA: ¿Cuál es la diferencia entre una ecuación diferencial ordinaria implícita y una ecuación diferencial algebraica?

Como apunte, tu descripción de los DAE ("polinomios con coeficientes complejos y las variables desconocidas son $z,x,x'$ ") me hizo pensar en funciones holonómicas y aunque no son exactamente lo que has descrito, se acercan. Una función holonómica $y(t)$ es una función que satisface $$a_r(t) y^{(r)}(t) + a_{r-1}(t) y^{(r-1)}(t) + \dots a_1(t)y'(t) + a_0(t)y(t) = 0$$ donde cada $a_i(t)$ es un polinomio en $t$ .

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Anthony Cramp Puntos 126

Para un poco de álgebra diferencial, véase https://en.wikipedia.org/wiki/Differential_algebra ... probablemente para una comprensión completa, es necesario consultar uno de los libros citados.

La ecuación algebraica diferencial (un término que no había oído antes) está aquí https://en.wikipedia.org/wiki/Differential_algebraic_equation ...

¿Hay algunos puntos de estas páginas que le resulten confusos?

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Sobre el álgebra diferencial he encontrado también este enlace: mathworld.wolfram.com/DifferentialAlgebra.html ¿Significa esto que el álgebra diferencial trata de ecuaciones diferenciales sobre un campo o un anillo?

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El álgebra diferencial utiliza una estructura algebraica que no sólo tiene las operaciones habituales, sino también una operación "derivada". (O incluso más de una.) Así que modelará una situación en la que se tiene un espacio de $C^\infty$ funciones con las operaciones habituales de suma, multiplicación y diferenciación. Un tema común es algo así como la teoría de Galois, donde se quiere estudiar si la solución de una ED es posible en términos de ciertas soluciones más simples (como cuadraturas, o funciones elementales).

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Arctictern Puntos 85

Las ecuaciones diferenciales-algebraicas son importantes para la modelización matemática y el cálculo científico. Si se escriben las leyes matemáticas de algún sistema químico, eléctrico o físico, a menudo se acaba con un sistema de ecuaciones que incluye parámetros, varias derivadas parciales y cantidades puramente algebraicas. Quizás también obtengas algunas ecuaciones que implican integrales.

Ahora bien, las ecuaciones que implican derivadas parciales se convierten rápidamente en un reto para la teoría y los métodos numéricos disponibles, y las ecuaciones integrales generales tampoco son precisamente fáciles de resolver (tanto para la teoría como para los métodos numéricos disponibles). Esas complicadas ecuaciones (parciales/integrales) surgen todo el tiempo, y a menudo se pueden resolver, simular u optimizar, pero no de forma totalmente automática.

Pero si no hay derivadas parciales ni integrales, entonces se está en una situación en la que la teoría y los métodos numéricos están disponibles. Los sistemas de ecuaciones siguen siendo algo más complicados que los sistemas de ecuaciones diferenciales ordinarias, pero la teoría y los métodos numéricos son capaces de hacer frente a ello. La forma básica de imaginar esta complicación sobre una ecuación diferencial ordinaria es imaginar que algunas ecuaciones puramente algebraicas describen una trayectoria que la solución debe seguir, y algunas cantidades puramente algebraicas sirven como señales de control cuya evolución temporal tiene que asegurar que la solución sigue la trayectoria descrita por las ecuaciones puramente algebraicas.

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Thomas Klimpel, ¿estoy leyendo bien su perfil si leo que ha investigado sobre la relación entre las propiedades estructurales de DAEs y simetrías? Suena fascinante, ¿alguna pista de dónde puedo leer más sobre el tema?

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@Calle Si hablas alemán, entonces sección 3.2.1 en mod_geom_betr_klas_diffop.pdf da una buena idea de la relación entre las simpatías y las propiedades estructurales, es decir, el acoplamiento o la estructura no nula. Aquí hay visualizaciones de estructura no nula de DAEs en forma integral y estructura no nula de DAEs en forma semiexplícita . Ver "Matrices y matroides para el análisis de sistemas"

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Gracias. Hace tiempo que no uso mi alemán, pero como son matemáticas creo que me las arreglaré.

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Mike Puntos 16

como doctor de la DAE quiero que leas estos 3 libros en este orden:

  1. Solución numérica de problemas de valores iniciales en ecuaciones diferenciales-algebraicas (Clásicos de la matemática aplicada) 2a edición by K. E. Brenan (Author), S. L. Campbell (Author), L. R. Petzold (Author)

    1. Sistemas Singulares de Ecuaciones Diferenciales Vol. I y II, by S. L. Campbell (Author)

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Aunque sólo es el principio. Encuéntrame aquí: linkedin.com/in/mohammad-golchian-0a4146a8 Buena suerte

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Bienvenido a MSE, y gracias por proporcionar una respuesta. Creo que quizás querías decir "Como doctor en DAE, te sugiero que leas estos tres libros en orden". Como respuesta a una pregunta de MSE, eso es pedir mucho a la persona que hace la pregunta, que esperaba leer unos pocos párrafos, no cientos de páginas. Pero puede ser útil para algún lector posterior de esta pregunta que realmente quiera una indicación de un conjunto de referencias más completo. Una última reflexión: Me he preguntado "¿dónde está el tercer libro?" hasta que he visto "Vol 1 y II". Podrías haber etiquetado este "2. y 3." para que quedara claro.

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