En esta ocasión, vengo a mostrarles la solución del problema 2.d de ecuaciones con factor integrante del libro de Ecuaciones diferenciales con aplicaciones y notas históricas 2da edición, del autor George F. Simmons
El problema es el siguiente:
Resolver cada una de estas ecuaciones hallando un factor integrante:
exdx+(excot(y)+2ycsc(y))dy=0
Este libro nos propone hallar de dos formas los factores integrantes:
∂M∂y−∂N∂xN=g(x)
μ(x)=e∫g(x)dx
y
∂M∂y−∂N∂x−M=h(y)
μ(y)=e∫h(y)dy
Como ambos factores integrantes tienen el mismo numerador, calculamos las derivadas parciales:
∂M∂y=∂∂y(ex)
∂M∂y=0
∂N∂x=∂∂x(excot(y)+2ycsc(y))
∂N∂x=excot(y)
Calculamos las funciones g(x) y h(y):
g(x)=−excot(y)excot(y)+2ycsc(y)
h(y)=−excot(y)−ex
h(y)=cot(y)
Podemos ver que la función h(y), es más fácil de obtener, entonces procedemos a calcular el factor integrante:
μ(y)=e∫cot(y)dy
De acuerdo a la integral de cotangente el factor integrante queda de la forma:
μ(y)=eln(sen(y))
μ(y)=sen(y)
Luego la ecuación diferencial me queda como:
exsen(y)dx+exsen(y)cot(y)dy+2ycsc(y)sen(y)dy=0
Recordando las razones trigonométricas cot(y)=cos(y)sen(y) y csc(y)=1sen(y), la ecuación diferencial queda así:
exsen(y)dx+excos(y)dy+2ydy=0
exsen(y)dx+excos(y)dy=−2ydy
Los dos primeros términos representan la derivada de un producto, y finalmente podemos integrar ambas expresiones:
ddy(exsen(y))=−2y
∫ddy(exsen(y))dy=−2∫ydy
La integración de los primeros términos es la cantidad que está en el operador, y la integración del segundo miembro es fundamental, por lo tanto llegamos a la respuesta de nuestra ecuación diferencial:
exsen(y)=−y2+C
exsen(y)+y2=C
El problema es el siguiente:
Resolver cada una de estas ecuaciones hallando un factor integrante:
exdx+(excot(y)+2ycsc(y))dy=0
Este libro nos propone hallar de dos formas los factores integrantes:
∂M∂y−∂N∂xN=g(x)
μ(x)=e∫g(x)dx
y
∂M∂y−∂N∂x−M=h(y)
μ(y)=e∫h(y)dy
Como ambos factores integrantes tienen el mismo numerador, calculamos las derivadas parciales:
∂M∂y=∂∂y(ex)
∂M∂y=0
∂N∂x=∂∂x(excot(y)+2ycsc(y))
∂N∂x=excot(y)
Calculamos las funciones g(x) y h(y):
g(x)=−excot(y)excot(y)+2ycsc(y)
h(y)=−excot(y)−ex
h(y)=cot(y)
Podemos ver que la función h(y), es más fácil de obtener, entonces procedemos a calcular el factor integrante:
μ(y)=e∫cot(y)dy
De acuerdo a la integral de cotangente el factor integrante queda de la forma:
μ(y)=eln(sen(y))
μ(y)=sen(y)
Luego la ecuación diferencial me queda como:
exsen(y)dx+exsen(y)cot(y)dy+2ycsc(y)sen(y)dy=0
Recordando las razones trigonométricas cot(y)=cos(y)sen(y) y csc(y)=1sen(y), la ecuación diferencial queda así:
exsen(y)dx+excos(y)dy+2ydy=0
exsen(y)dx+excos(y)dy=−2ydy
Los dos primeros términos representan la derivada de un producto, y finalmente podemos integrar ambas expresiones:
ddy(exsen(y))=−2y
∫ddy(exsen(y))dy=−2∫ydy
La integración de los primeros términos es la cantidad que está en el operador, y la integración del segundo miembro es fundamental, por lo tanto llegamos a la respuesta de nuestra ecuación diferencial:
exsen(y)=−y2+C
exsen(y)+y2=C
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