SEMESTRE TIPO 1 DURACIÓN MÁXIMA 2.0 HORAS. NOMBRE Apellido paterno Apellido materno Nombre (s) Grupo

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1 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE INGENIERÍA DIVISIÓN DE CIENCIAS BÁSICAS COORDINACIÓN DE CIENCIAS APLICADAS DEPARTAMENTO DE ECUACIONES DIFERENCIALES PRIMER EXAMEN FINAL RESOLUCIÓN SEMESTRE 05 TIPO DURACIÓN MÁXIMA.0 HORAS NOMBRE Apellido paterno Apellido materno Nombre (s) Grupo FIRMA Instrucciones: Lee detenidamente los cinco enunciados, este eamen es la demostración de tu aprendizaje a lo largo del semestre, trata de entender y resolver primero los que tienes seguridad en tu conocimiento. 6 dy 3 0 d 3. Resolver y y Ordenando: 6 y dy 3 y d y d 6y y dy 0, N, y M y M 6y y N 6y dado que son iguales es una ecuación diferencial eacta. Entonces la solución está dada por f y, C PUNTOS f y, Myd, f y y d y f y derivando con respecto a y e igualando: f 3 3 3, 3, y y N, y 6y f y 6y y ED_EF-_05-

2 por lo que: f y y 3 integrando: f y y 3 sustituyendo en la solución: f y, C y y C y y C Es la solución general.. Resolver la ecuación diferencial Dy D yy e cos D y D yy e cos ydy D yy e cos y Dy D yy e cos Dy D y e cos D D ye cos D D y e cos PUNTOS Es una ecuación diferencial lineal con coeficientes constantes, no homogénea. Para y H : D D y0 ; m m 0 ; m y m 0 Por lo tanto: yh Ce C Para y P por el método de variación de parámetros: yp ue w entonces: e u 0 e 0 w e cos ED_EF-_05-

3 premultiplicando por la matriz inversa: u 0 0 cos e w e e e e cos e e cos u e cos w e cos igualando: u e cos, we cos integrando: u e cos sen C, we senc u e cos sen C e sustituyendo en y P : yp e cos sene sene yp e cos sen e yg Ce Ce e cos sen 3. Sea el sistema de ecuaciones diferenciales b ' ay ' 5y a ' by ' 3 ; a, b t Determinar el valor de las constantes a y b de manera que e y t y e sean solución del sistema dado para las condiciones iniciales (0) y y(0) PUNTOS Se requiere que: e t, e t, ye t, y e t b ' ay ' 5 y... a ' by ' 3... sustituyendo en : be t e t a e t 5 e t 0 t t t t be e ae 5e 0 ba 0 ED_EF-_05-

4 sustituyendo en : ae t 3 e t b e t 0 ab3 0 el sistema con los valores es: a b b b a b 3 a b 3 a Por lo tanto el sistema de ecuaciones diferenciales es: y5y 0 3y 0. Determinar la solución del siguiente sistema de ecuaciones diferenciales haciendo uso de la transformada de Laplace y 6y0 sujeto a 0 y0 obtener sólo t PUNTOS El sistema es: y 6y0 ; 0 y0, sólo t Aplicando la transformada de Laplace: sxssys s sx s sy s...() s 6 sx s 6Y s X s 0 sx s Y s X s 6Y s X s sx s Ys X ssx s 6 sustituyendo en (): sx s s X s sx s 6 s ED_EF-_05-

5 s s sx s sx s X s s factorizando: s s X ss s 6 6 s 6 7 s 6ss X s s 6 6 6s s 6 7 s X s s s 6 6s X s s s6 s s6 ss 7 s s s 7 Aplicando antitransformada de Laplace: t s s6 A B C s s 7 s s s 7 por fracciones parciales, se tiene: t s 7s 9s 7 por linealidad: t 9 s 7 s 9 s t t e 5. Desarrollar la función f t 3 ; 0 3 ; 0 en una serie de senos PUNTOS Se sabe que la función es impar. El desarrollo en serie de senos está dado por: n f bnsen p n p n donde bn f sen d p 0 p ED_EF-_05-

6 p, sustituyendo : n 6 bn 3 sen d sennd 0 0 integrando: 6 6 bn cosn cos n n 0 n bn 6 cosn n sustituyendo en la serie: 6 n f cosnsen n n 6 n n n f sen n 6 n f sen n n n ED_EF-_05-

7 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE INGENIERÍA DIVISIÓN DE CIENCIAS BÁSICAS COORDINACIÓN DE CIENCIAS APLICADAS DEPARTAMENTO DE ECUACIONES DIFERENCIALES PRIMER EXAMEN FINAL RESOLUCIÓN SEMESTRE 05 TIPO DURACIÓN MÁXIMA.0 HORAS 9 DE MAYO DE 05 NOMBRE Apellido paterno Apellido materno Nombre (s) Grupo Instrucciones: Lee detenidamente los cinco enunciados, este eamen es la demostración de tu aprendizaje a lo largo del semestre, trata de entender y resolver primero los que tienes seguridad en tu conocimiento.. Resolver dy y y d 0 dy y y d 0 ordenando: FIRMA dy y y d dy y y d dy y d dy y d es una ecuación diferencial lineal de primer orden no homogénea, donde: p y g PUNTOS La solución está dada por: yg yh yp Pd El factor integrante es: e ED_EF-_05-

8 e d ln ln entonces e e e e multiplicando toda la ecuación diferencial por el factor integrante, se tiene: dy e e y e d se observa que: d e y e g d dy e e e d d e y e d de y e d e e d integrando: e y e e d e y e e e e e C e C e y C. Resolver la ecuación diferencial y y y y30e 80sen3 PUNTOS y y y y30e 80sen3 3 DyDyDyy30e 80 sen 3 3 D D D y30e 80sen3 La solución está dada por: yg yh yp Para y H : 3 D D D y 0 ED_EF-_05-

9 D D y 0 el polinomio auiliar es: m m 0 m m i m i,, 3 con a 0 y b H 3 cos y C e C sen C Para y P : P DDD 9 D D 9 D D y 0 entonces, se propone de acuerdo con g30e 80sen3 y Ae Bsen3 Ccos 3 P debe satisfacer la ecuación diferencial, entonces: y py pypyp 30e 80sen3 las derivadas son: yp Ae 3Bcos3 3Csen3 yp Ae 9Bsen3 9Ccos3 yp 8Ae 7Bcos3 7Csen3 sustituyendo las derivadas de la solución particular: 5Ae Bcos 3 Csen 3 8Bsen 3 8Ccos 3 30e 80sen 3 igualando: 5A 30 A B8C 0 8BC 80 C 3, B Por lo tanto: yp e sen 3 3cos 3 La solución general está dada por: yg Ce CsenC3cos e sen 3 3cos 3 ED_EF-_05-

10 3. Para el sistema de ecuaciones diferenciales siguiente y 5t y sen t Obtener la solución general para la variable t PUNTOS El sistema es no homogéneo. y 5t y sen( t) El sistema en forma matricial es: D D 5t D D y sen t Se puede resolver para D D 5 t D D D sen t D t, por eliminación sistemática o por determinantes: 5 3 D D D D t D sent 3 D D D 5 cos t D D D 5 cost D D 5 cost Es una ecuación diferencial lineal no homogénea, se puede resolver por coeficientes indeterminados o por variación de parámetros. Entonces su solución está dada por: G H P Para H : D D 0 El polinomio auiliar: 3 m m 0 ; m 0, m, m t t H CCe C3te ED_EF-_05-

11 Para P, tomando en cuenta q 5 cos t con m 0 y m5 0 i se propone: P D D D P At B sent C cost La solución particular propuesta debe satisfacer a la ecuación diferencial, entonces: ABcost Csen t p p Bsent C cost P Bcost Csent Sustituyendo en la ecuación diferencial: 5 cost p p p Bsent C cost A 5 cost igualando: A5, C, B 0 entonces: A5, C, B 0 La solución particular está dada por: P 5t cos t La solución general es: t t G CCe C3te 5t cost. Calcular la función f t si F s s 6 s e PUNTOS Aplicando la transformada inversa de Laplace: s F s e s 6 f t senh t u t t t f t e e ut ED_EF-_05-

12 5. Resolver u u 0 para una constante de separación positiva. y u F G y u u F G y F G y y ;, PUNTOS sustituyendo en la ecuación diferencial en derivadas parciales: FG yf Gy0 FG y F Gy separando variables: F G y F Gy F F Gy Gy df y dg y F d G y dy son ecuaciones ordinarias de variables separables, entonces: df d dg y y dy F Gy integrando ambos lados de las ecuaciones, se tiene: df d dg y y F G y F C y ln Gy ln ln( ) y C aplicando eponencial natural en ambas ecuaciones; F A y Gy Be y sustituyendo en la solución propuesta como producto de dos funciones: y y u, y F G y A Be C e dy ED_EF-_05-

13 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE INGENIERÍA DIVISIÓN DE CIENCIAS BÁSICAS COORDINACIÓN DE CIENCIAS APLICADAS DEPARTAMENTO DE ECUACIONES DIFERENCIALES PRIMER EXAMEN FINAL RESOLUCIÓN SEMESTRE 05 TIPO 3 DURACIÓN MÁXIMA.0 HORAS 9 DE MAYO DE 05 NOMBRE Apellido paterno Apellido materno Nombre (s) Grupo FIRMA Instrucciones: Lee detenidamente los cinco enunciados, este eamen es la demostración de tu aprendizaje a lo largo del semestre, trata de entender y resolver primero los que tienes seguridad en tu conocimiento.. Resolver dy 8y d sujeta a y 0 PUNTOS dy 8y d ; y 0 se escribe como: dy 8y d dy 8 y d que es la forma normal de una ecuación diferencial lineal, primer orden, no homogénea; se puede resolver por factor integrante, entonces: 8 p y q 8d pd e e e ln multiplicando toda la ecuación diferencial normal por el factor integrante, se tiene: y ED_EF-3_05- dy 8 d

14 del resultado anterior se observa: d 3 y d igual a: 3 d y d integrando: 3 y d d y y 6 C entonces: 8 6 C y 6 Para las condiciones de valor inicial, se tiene: C C 56 La solución particular es: y 6 y Resolver la ecuación diferencial dada sujeta a las condiciones de valor inicial que se indican. La solución general está dada por: yg yh yp y y y e 5 ; y 0 y 0, y 0 PUNTOS ED_EF-3_05-

15 Para y H : y y y 0 3 D D D y 0 D D D y 0 D D y 0 El polinomio auiliar es: 3 m m 0, m 0, m m yh CCe C3e Para y P por coeficientes indeterminados, se tiene: P D DD DD e 5 0 D D D D y 0 3 ynh CCe C3e B e C e A La solución particular propuesta es: 3 yp AB e C e La solución debe satisfacer a la ecuación diferencial, por lo que: y P y P yp e 5 3 yp ABe B e 3Ce C e 3 y Be Be B e 6Ce 6C e C e P 3 y 6Be 6Be B e 6Ce 8Ce 9C e C e P sustituyendo en la ecuación diferencial: B6Ce 6Ce A e 5 Igualando: A5, C, B 6 ED_EF-3_05-

16 Por lo tanto la solución particular es: 3 yp 5 e e 6 La solución general está dada por: 3 yg CCe C3e 5 e e 6 Para la solución particular: 3 yg 0CCe C3e 5 e e 6 yg C C 3 yg 0Ce Ce 3 Ce 3 5e e 6 yg CC3 5 3 yg 0 e 6CC36C yg CC3 resolviendo el sistema: C C CC3 5 0C C3 C8, C 6, C3 3 La solución particular para las condiciones de valor inicial, es: 3 yp 863e e e 6 3. Convertir el siguiente sistema de ecuaciones diferenciales a una ecuación diferencial en términos de la variable y () t Se tiene D yy 5cos( t) 3yDy 5 se simplifica y t D D yy D 5cos( t) 3yDy0 y y y 5cos( t) y 3y y 5 sumando las ecuaciones: y3y y0 5sent 0cost PUNTOS ED_EF-3_05-

17 . Usar el Teorema de Convolución para obtener la transformada inversa de la siguiente función Fs s s Se tiene: Igual a: F s F s s s 6 H s G s s s 6 s s 5. Obtener una función F y una función h t g t PUNTOS Usando convolución en el producto: t t 3 ht gt ht gd sen t d integrando por partes: t ht gt 3 cost3 sen t6cost6sent ht g t t tsent () 6 G y tal que u, y F Gy sea una solución de la ecuación diferencial parcial u u 0 PUNTOS Se tiene U X Yy para simplificar U XY U U XY X Y sustituyendo: XY XY 0X XY 0 multiplicando por ; Y 0 Y X X 0 D X P m m m m H 0 ; Y y X C e C e sustituyendo: U XY C e C e y U C ye C e y ED_EF-3_05-

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