Introducción al Curso

1

Introducción y presentación del curso

Fundamentos de Ecuaciones Diferenciales

2

¿Para qué nos sirven las ecuaciones diferenciales?

3

¿Que es una ecuación diferencial?

4

Tipos de ecuaciones diferenciales

5

Conceptos básicos de cálculo

Ecuaciones Diferenciales de Primer Orden

6

¿Que es una ecuación separable?

7

Ejemplo de ecuación separable

8

Procedimiento para saber si una ecuación es separable

9

Método de sustitución lineal

10

Ejemplo de sustitución lineal

11

Ecuaciones diferenciales exactas

12

Ejemplo de ecuaciones diferenciales exactas

13

Funciones homogéneas, cómo identificarlas

14

Ejemplo de funciones homogéneas

15

Ecuaciones con coeficientes lineales

16

Ejemplo de ecuaciones con coeficiente lineales

17

Resolución del desafío

18

¿Que es un factor integrante?

19

Factor integrante caso 1

20

Factor Integrante caso 2

21

Factor integrante caso 3

22

Ecuaciones diferenciales lineales

23

Ejemplo de ecuaciones diferenciales lineales

24

Ejercicios de ecuaciones diferenciales de primer orden

Ecuaciones Diferenciales de Segundo Orden

25

¿Qué es una solución linealmente independiente?

26

Ecuaciones lineales homogéneas

27

Ejemplo de ecuaciones lineales homogéneas

28

Ecuaciones lineales homogéneas con raíces complejas

29

Ejemplo de ecuaciones lineales homogéneas con raíces complejas

30

Ecuación diferencial no homogénea

31

Coeficientes indeterminados

32

Ejemplo de coeficientes indeterminados

33

Variación de parámetros

34

Ejemplo de variación de parámetros

35

Ejercicios de ecuaciones diferenciales de segundo orden

Modelos matemáticos

36

Creación de un modelo matemático

37

Crecimiento poblacional

38

Primer ejemplo de crecimiento poblacional

39

Segundo ejemplo de crecimiento poblacional

40

Ley de newton de enfriamiento

41

Ejemplo de la ley de newton de enfriamiento

42

Propagación de un virus y ejemplo

43

Ejercicios de modelos matemáticos

Transformada de laplace

44

Conceptos claves para entender la transformada de laplace

45

Introducción a la transformada de laplace

46

Introducción y transformada de una exponencial

47

Propiedades de la transformada de laplace

48

Transformada inversa

49

Ejemplo de transformada inversa

50

Ejercicios de transformada de laplace

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Variación de parámetros

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What is the method of variation of parameters?

When it comes to solving non-homogeneous differential equations, the method of variation of parameters is an invaluable tool. Unlike the method of indeterminate coefficients, which is only applicable to certain specific functions, the method of variation of parameters allows us to deal with any non-homogeneous equation. This method makes it easier to find the particular solution needed to complete the general solution of the equation.

How is the non-homogeneous equation represented?

Let us begin by defining how a non-homogeneous differential equation is represented in its general form. It is structured as follows:

[ a(x) \cdot y'' + b(x) \cdot y' + c(x) \cdot y = d(x) ].

For simplicity, we divide the entire equation by ( a(x) ), allowing us to work with simple derivatives:

[ y'' + p(x) \cdot y' + q(x) \cdot y = f(x) ]

Where:

  • ( p(x) = \frac{b(x)}{a(x)} )
  • ( q(x) = \frac{c(x)}{a(x)} )
  • ( f(x) = \frac{d(x)}{a(x)} )

This initial step leads us to work comfortably with the concepts of the method.

What is the general solution to the homogeneous equation?

The related homogeneous equation is obtained by equating the right-hand side of the non-homogeneous equation to zero:

[ y'' + p(x) \cdot y' + q(x) \cdot y = 0 ].

The general solution for this homogeneous equation includes two linearly independent solutions:

[ y_h = c_1 \cdot y_1 + c_2 \cdot y_2 ]

Here, ( y_1 ) and ( y_2 ) are independent solutions and ( c_1 ) and ( c_2 ) are constants. The interesting thing is that, in the parameter variation method, these constants will be replaced by functions, to find the particular solution.

How is the particular solution found?

The particular solution is assumed to have the form:

[ y_p = u_1(x) \cdot y_1 + u_2(x) \cdot y_2 ]

Where ( u_1(x) ) and ( u_2(x) ) are functions to be determined. Equations derived from the original system using the Wronskian are used.

What is the Wronskian?

The Wronskian of two functions is a crucial algebraic concept for the method. It is the determinant of a 2x2 matrix that relates the functions to their derivatives:

[ W(y_1, y_2) = \begin{vmatrix} y_1 & y_2 \ y_1' & y_2' \end{vmatrix} = y_1 \cdot y_2' - y_1' \cdot y_2 ]

How are ( u_1 ) and ( u_2 ) determined?

The function ( u_1(x) ) is found by the formula:

[ u_1(x) = -frac{y_2 \dot f(x)}{W(y_1, y_2)} , dx ]

And the function ( u_2(x) ):

[ u_2(x) = \int \frac{y_1 \dot f(x)}{W(y_1, y_2)} , dx ]

With these equations, we find ( u_1(x) ) and ( u_2(x) ) to substitute into the particular solution.

How is the complete solution composed?

Finally, the complete and general solution of the non-homogeneous differential equation will be the sum of the solution of its homogeneous part and its particular solution:

[ y = y_h + y_p = c_1 \cdot y_1 + c_2 \cdot y_2 + u_1(x) \cdot y_1 + u_2(x) \cdot y_2 ]

This process, although detailed, becomes a powerful tool that allows us to tackle complex differential equations that would otherwise be impossible to solve with basic methods. We hope that the instructions and steps described will be of great use in tackling future mathematical problems.

Contributions 5

Questions 2

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El 24 de agosto de 1778 nació en Poznam, Polonia, Jozef Maria Hoené Wrónski, matemático polaco que aplicó su enfoque combinatorio de los problemas matemáticos al estudio de las ecuaciones algebraicas, los desarrollos en serie de las funciones y las ecuaciones diferenciales, para cuya resolución creó diversos determinantes entre los que se destaca el que lleva su nombre: “determinante wronskiano”.

Sería bueno destacar que aquí es donde aprendemos el Wroskiano, porque cuando ves el temario llegas a pensar que no lo vas a aprender…

Veo que el curso de Algebra lineal no esta en la carrera de Matematicas para programacion pero si agregaron los 2 cursos de integrales recientes, creo que Algebra Lineal deberia seguir en la carrera, para acceder al curso debes ubicarlo en el buscador esta como un curso aparte

Parece que este método es mas practico que el de coeficientes indeterminados.

No sabia que se la llamaba wronskiano xD