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Un marco algebraico para las curvas mecánicas

Si lo recuerdo bien, curvas algebraicas (es decir, las curvas definidas por las soluciones de un polinomio) no pueden utilizarse para describir curvas mecánicas como la catenaria (cadena colgante), la cicloide u otras curvas comunes como la espiral de Arquímedes. Todos estos contraejemplos implican algún tipo de función trigonométrica o exponencial, por lo que llegué a preguntarme

¿Existe una extensión de la geometría algebraica que trate estas curvas en un nivel puramente algebraico?

Estoy pensando en algo parecido a una noción abstracta de función trigonométrica, series de potencias formales o derivadas formales y derivaciones.

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studiosus Puntos 19728

He aquí un marco general. Un ODE algebraica es una ecuación diferencial ordinaria de la forma $$ P(y, y', y'',...,y^{(n)})=b(t), $$ donde $b(t)$ es la función (polinómica) dada, $y=y(t)$ es la función desconocida de una variable (real o compleja), $y^{(k)}$ es el $k$ -Derivada de orden de $y$ y $P(x_0,...,x_n)$ es un polinomio de $n+1$ variables.

En lo que sigue, seré bastante descuidado con los dominios de mis funciones ya que deletrear esto con todo detalle es demasiado doloroso

Un caso especial es un lineal La EDO algebraica, que tiene la forma $$ P_0(t)y(t) + P_1(t)y'(t)+...+ P_n(t) y^{(n)}(t)=b(t), $$ donde cada $P_i(t)$ es una función polinómica dada.

Se puede generalizar esta noción al ámbito de las funciones de varias variables (EDP algebraicas): $y=y(x_1,...,x_n)$ es la función desconocida, $P$ es un polinomio de muchas variables, $b=b(x_1,...,x_n)$ es la función polinómica dada, la ecuación tiene la forma $$ P(y,...,\frac{\partial^k y}{\partial x_{i_1} ... \partial x_{i_k}},....)=b(x_1,...,x_n). $$

Un ejemplo famoso: $y=y(x,t)$ , $$ \frac{\partial y}{\partial t} + \frac{\partial^3 y}{\partial x^3} - 6\, y\, \frac{\partial y}{\partial x} =0. $$ La mayoría (si no todas) de las funciones analíticas que se encuentran en las matemáticas aplicadas, la física, la biología matemática, etc., son soluciones de EDO algebraicas o EDP. De hecho, hay que esforzarse para encontrar cualquier función analítica que no sea una solución de una EDO algebraica (aunque existen). Cualquier cosa que construyas utilizando una "curva mecánica", estoy seguro de que será una solución de una EDO o EDP algebraica.

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