Subido por Joaquín Lagos

Ayudantía 2 EDO

Anuncio
Ayudantı́a 2 - EDO
1. Considere la ecuación diferencial autónoma
dy
= y4 − y2
dx
a) Demuestre que la ecuación diferencial anterior con condición inicial
y(0) = −2 tiene solución única.
b) Construya la recta de fases de la ecuación anterior, identificando claramente los puntos crı́ticos y la naturaleza de ellos (estable, inestable
o semiestable).
c) Sin resolver de forma explı́cita y usando lo anterior, calcule el lı́mite
cuando x → +∞ de la solución anterior.
2. Considere la ecuación diferencial
y 3 + y 2 − 6y
dy
=
dx
ey
a) Demuestre que la ecuación diferencial anterior con condición inicial
y(0) = −2 tiene solución única.
b) Determine las soluciones de equilibrio y confeccione un diagrama de
Fase de las soluciones.
c) Sea y(x) la única solución de la ecuación diferencial con condición
inicial y(0) = −2. A partir de lo hecho anteriormente, determine:
lı́m y (x)
x→−∞
1
Soluciones
Problema 1
a) Se tiene que
f (x, y) = y 4 − y 2
∂f
= 4y 3 − 2y
∂y
Donde ambas funciones son continuas en todo R2
Dado que el punto (0, −2) ∈ D por el Teorema de Existencia y Unicidad se
puede asegurar que hay una única solución.
b) Los puntos crı́ticos se obtienen al resolver la ecuación:
dy
= 0 ⇐⇒ y 4 −y 2 = 0 ⇐⇒ y 2 (y+1)(y−1) = 0 ⇐⇒ y = 0∨y = 1∨y = −1
dx
Su naturaleza, y la recta de fases, la obtenemos determinando los cambios
dy
de signo de la derivada dx
= y ′ . Luego,
] − ∞, −1[ ] − 1, 0[ ]0, 1[ ]1, +∞[
y
+
+
+
+
y+1
−
+
+
+
y−1
−
−
−
+
′
y
+
−
−
+
2
Con esta información se puede realizar el gráfico, que quedarı́a de la siguiente manera:
2
Figura 1: Caption
De aquı́ se observa que el punto y=1 es inestable, y=0 es semi estbale y el
punto y=-1 es estable.
c) De acuerdo con lo anterior
lı́m y (x) = −1
x→+∞
Problema 2
a) Para este caso tenemos:
y 3 + y 2 − 6y
f (x, y) =
ey
∂f
(3y 2 + 2y − 6)ey − (y 3 + y 2 − 6y)ey
=
∂y
(ey )2
3
Donde ambas funciones son continuas en todo R2 .
Dado que el punto (0, −2) ∈ R2 por el Teorema de Existencia y Unicidad se puede asegurar que hay una única solución.
b) Los puntos crı́ticos se obtienen al resolver la ecuación:
y 3 + y 2 − 6y
dy
= 0 ⇐⇒
= 0 ⇐⇒ y(y 2 + y − 6) = 0
y
dx
e
Factorizamos:
0 = y(y − 2)(y + 3)
Luego, los puntos crı́ticos son y = 0, y = 2, y = −3.
Su naturaleza, y la recta de fases, la obtenemos determinando los cambios
dy
= y′.
de signo de la derivada dx
] − ∞, −3[ ] − 3, 0[ ]0, 2[ ]2, +∞[
y
−
−
+
+
y+3
−
+
+
+
y−2
−
−
−
+
′
y
−
+
−
+
Con esta información se puede realizar el gráfico, que quedarı́a de la siguiente manera:
4
Figura 2: Diagrama de Fase de las soluciones
De aquı́ se observa que el punto y = 2 es inestable, y = 0 es estable, y el
punto y = −3 es semiestable.
c) De acuerdo con lo anterior
lı́m y (x) = −3
x→−∞
5
Descargar