2.6 Solución general de las ecuaciones diferenciales lineales homogéneas 88 2.6 Solución general de las ecuaciones diferenciales lineales homogéneas ¿Cómo es la solución general de las ecuaciones homogéneas? Si y1 , y2 ,..., yn es un conjunto fundamental de soluciones de la ecuación diferencial lineal homogénea, entonces la solución de la ecuación en el intervalo es y = c1 y1 ( x) + c2 y2 ( x) + ... + cn yn ( x) (1) Donde las ci , i = 1, 2,..., n son constantes arbitrarias. [15] Solución General de una Ecuación Diferencial Homogénea de Orden Dos La ecuación homogénea como y ′′ + py ′ + qy = 0 , siempre tiene dos soluciones linealmente independientes. Solo necesitamos elegir y1 y y2 . Podemos determinar, que dadas soluciones linealmente independientes y1 y y2 ecuación homogénea y ′′( x) + p( x) y ′( x) + q( x) y ( x) = 0 de la (2) Se pueden expresarse como una combinación lineal de y1 y y2 , de tal manera que y = c1 y1 + c2 y2 (3) La ecuación (3), es la solución general de la ecuación diferencial de segundo orden. Como sugieren las ecuaciones, la determinación de las constantes c1 y c2 depende de un determinante de orden 2 , de valores y1 , y2 y sus derivadas. Ejemplo 2.6.1 Siendo y1 = e x , y2 = e− x , soluciones de la ecuación diferencial lineal homogénea y´´− y = 0 en el intervalo (−∞, ∞) , por inspección las soluciones son linealmente independientes en el eje x ., no podemos crear una función en base a la otra. La figura 2.6.1 nos muestra las gráficas de las soluciones y1 = e x , y2 = e− x Instituto Tecnológico de Chihuahua / C. Básicas Amalia C. Aguirre Parres 2.6 Solución general de las ecuaciones diferenciales lineales homogéneas 89 30 −x 20 f(x) e x e 10 10 0 10 x Figura 2.6.1 Gráficas de las soluciones y1 = e x , y2 = e− x Si observamos el wronskiano, podemos corroborar que el determinante es diferente de 0 W (e x , e − x ) = ex e x e− x −e −x = (e x )(−e − x ) − (e− x )(e x ) = −2 El cual es diferente de 0 , para toda x , concluyendo que y1 , y2 , forman un conjunto fundamental de soluciones, y en consecuencia, y = c1e x + c2 e− x es la solución general de la ecuación en el intervalo . Ejemplo 2.6.2 Si las funciones y1 = e x , y2 = e 2 x , y3 = e3 x satisfacen la ecuación diferencial, determinar la solución general de y´´´−6 y´´+11 y´−6 y = 0 (4) La gráfica de las funciones se muestra en la figura 2.6.2.2 Instituto Tecnológico de Chihuahua / C. Básicas Amalia C. Aguirre Parres 2.6 Solución general de las ecuaciones diferenciales lineales homogéneas 90 30 x f(x) e 20 2x e 3x 10 e 5 0 5 x Figura 2.6.2.2 Gráfica de y1 = e x , y2 = e 2 x , y3 = e3 x Revisando el wronskiano de las funciones ex e2 x e3 x w(e x , e 2 x , e3 x ) = e x ex 2e 2 x 4e 2 x 3e3 x 9e 3 x Resolviendo el determinante w(e x , e 2 x , e3 x ) = (e x 2e 2 x 9e3 x + e2 x 3e3 x e x + e x 4e2 x e3 x ) − (e x 2e 2 x e3 x + e x e2 x 9e3 x + 4e2 x 3e3 x e x ) Simplificando w(e x , e 2 x , e3 x ) = 2e6 x (5) w(e x , e 2 x , e3 x ) ≠ 0 , por lo cual se concluye que son linealmente independientes, y forman un conjunto fundamental de soluciones. De tal manera que la solución de la ecuación diferencial sería y = c1e x + c2 e 2 x + c2 e3 x Instituto Tecnológico de Chihuahua / C. Básicas (6) Amalia C. Aguirre Parres