En esta ocasión, vengo a mostrarles la solución del problema 22 de ecuaciones homogéneas del libro de Ecuaciones diferenciales con aplicaciones y notas históricas 2da edición, del autor George F. Simmons
El problema es el siguiente:
Hallar el valor de n para el cuál cada una de las ecuaciones siguientes es exacta y resolver para ese valor de n:
b) (x+ye2xy)dx+(nxe2xy)dy=0
Para que la ecuación sea exacta debemos tener en cuenta lo siguiente:
∂2f∂y∂x=∂2f∂x∂y
O como normalmente se muestra:
∂M∂y=∂N∂x
Corresponde a la ecuación diferencial:
M(x,y)dx+N(x,y)dy=0
Luego podemos identificar las funciones M=∂f∂x y N=∂f∂y
El problema es hallar la función f que cumpla tal ecuación (comprobando primero si es una ecuación exacta para este caso).
Calculamos la derivada parcial de M respecto a y:
∂M∂y=∂∂y(x+ye2xy)
=2xye2xy
El problema es el siguiente:
Hallar el valor de n para el cuál cada una de las ecuaciones siguientes es exacta y resolver para ese valor de n:
b) (x+ye2xy)dx+(nxe2xy)dy=0
Para que la ecuación sea exacta debemos tener en cuenta lo siguiente:
∂2f∂y∂x=∂2f∂x∂y
O como normalmente se muestra:
∂M∂y=∂N∂x
Corresponde a la ecuación diferencial:
M(x,y)dx+N(x,y)dy=0
Luego podemos identificar las funciones M=∂f∂x y N=∂f∂y
El problema es hallar la función f que cumpla tal ecuación (comprobando primero si es una ecuación exacta para este caso).
Calculamos la derivada parcial de M respecto a y:
∂M∂y=∂∂y(x+ye2xy)
=2xye2xy
Calculamos la derivada parcial de N respecto a x:
∂N∂x=∂∂x(nxe2xy)
=2ynxe2xy
∂N∂x=∂∂x(nxe2xy)
=2ynxe2xy
Igualamos las derivadas parciales para hallar el valor de n:
∂M∂y=∂N∂x
2xye2xy=2ynxe2xy
n=1
Reemplazamos este valor en nuestra ecuación diferencial:
(x+ye2xy)dx+(xe2xy)dy=0
ahora pasamos a hallar nuestra función f como sigue:
f=∫Ndx+h(x)
f=∫xe2xydy+h(x)
f=e2xy2+h(x)
Derivamos parcialmente respecto a x:
∂f∂x=∂∂x(e2xy2+h(x))
∂f∂x=ye2xy+h′(x)
Como ∂f∂x=M, igualamos y despejamos el valor de h′(x)
x+ye2xy=ye2xy+h′(x)
h′(x)=x
Integramos respecto a x:
∫h′(x)dx=∫xdx
h(x)=x22+C
Reemplazamos este valor y obtenemos la respuesta a nuestra ecuación diferencial:
e2xy2+x22=C
e2xy+x2=2C
f=∫xe2xydy+h(x)
f=e2xy2+h(x)
Derivamos parcialmente respecto a x:
∂f∂x=∂∂x(e2xy2+h(x))
∂f∂x=ye2xy+h′(x)
Como ∂f∂x=M, igualamos y despejamos el valor de h′(x)
x+ye2xy=ye2xy+h′(x)
h′(x)=x
Integramos respecto a x:
∫h′(x)dx=∫xdx
h(x)=x22+C
Reemplazamos este valor y obtenemos la respuesta a nuestra ecuación diferencial:
e2xy2+x22=C
e2xy+x2=2C
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