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¿Convertir una ecuación diferencial en una ecuación algebraica?

El libro que utilicé (Calculus with Analytic Geometry de Thurman S. Peterson (impreso en 1960)) dice eso:

"Una relación entre las variables que reduce una ecuación diferencial a una identidad algebraica se llama solución de la ecuación".

Significa que simplemente convertimos una ecuación diferencial en su forma de ecuación algebraica y para verificar que esta ecuación algebraica proviene de una determinada ecuación diferencial, llamamos a esta ecuación algebraica la solución a una determinada ecuación diferencial?

Parece que la palabra "solución" en ecuaciones diferenciales no es una palabra tradicional. Quiero que se me aclare. Gracias.

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chaiwalla Puntos 1132

Para ampliar la respuesta de qbert, una "ecuación diferencial" (de primer orden) suele definirse como una ecuación algebraica en $x$ ,  $y$ , $dx$ y  $dy$ formalmente equivalente a $P(x, y)\, dx + Q(x, y)\, dy = 0$ para algunas funciones continuas $P$  y $Q$ definida en alguna región del plano  $R$ . Algunos ejemplos son $$ \frac{dy}{dx} = y;\quad x\, dx + y\, dy = 0;\qquad \frac{y\, dx - x\, dy}{x^{2} + y^{2}} = 0. $$ La "solución" (general) es una función continuamente diferenciable  $F$ definido en  $R$ para las que las curvas de nivel $F(x, y) = C$ "satisfacen la ecuación diferencial" en el sentido de que la diferenciación implícita de $F(x, y) = C$ se obtiene una condición formalmente equivalente a $P(x, y)\, dx + Q(x, y)\, dy = 0$ . Las soluciones a los tres ejemplos anteriores podrían ser las siguientes $$ ye^{-x} = C;\qquad x^{2} + y^{2} = C;\qquad \frac{y}{x} = C. $$

Notas :

  • El término "identidad algebraica" se refiere a la ausencia de $dx$ y  $dy$ es decir, "algebraico" contrasta con "diferencial", no (digamos) con "trascendental".

  • La función $F$ en una solución está lejos de ser única: Si $g$  es cualquier función estrictamente monótona de una variable, por ejemplo, entonces $(g \circ F)(x, y) = C$ es otra forma de expresar las soluciones de una ecuación diferencial de primer orden. Así, $$ \log(1 + x^{2} + y^{2}) = C;\qquad e^{-(x^{2} + y^{2})} = C; $$ son otras dos formas de expresar $x^{2} + y^{2} = C$ . (Por supuesto, el significado de  $C$ no es el mismo en estas tres representaciones).

  • "Basta con convertir una ecuación diferencial en su forma de ecuación algebraica" hace que el proceso parezca algorítmico, incluso trivial, lo que generalmente no lo es. :)

3voto

qbert Puntos 69

Creo que lo que ocurre aquí es que esta definición permite soluciones implícitas; es decir, alguna curva $$ F(x,y)=0 $$ donde $y$ es dependiente y $x$ es independiente. Una curva de este tipo puede no ser solucionable para $y$ pero es una identidad algebraica en $x$ y $y$ .

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