APUNTE TEORICO DE SISTEMAS DE ECUACIONES DIFERENCIALES

Documentos relacionados
Una ecuación diferencial lineal de orden superior general tendría la forma. (1) dx dx

Unidad 1: Las Ecuaciones Diferenciales y Sus Soluciones

UNIDAD 1 Ecuaciones Diferenciales de Primer Orden

INTRODUCCIÓN A LAS ECUACIONES DIFERENCIALES ORDINARIAS

ÍNDICE. Prólogo Capítulo 1. Ecuaciones diferenciales ordinarias. Generalidades.. 11 Introducción teórica Ejercicios resueltos...

Tema 2: Diagonalización de matrices cuadradas

y = c n x n : Sustituyendo en la ecuación de partida obtenemos n=0 Si escribimos todas las potencias con el mismo exponente se obtiene:

Prácticas de Matemáticas I y Matemáticas II con DERIVE 136

Prácticas de Matemáticas I y Matemáticas II con DERIVE-5 138

DERIVACIÓN Y DIFERENCIACIÓN DE FUNCIONES DE UNA VARIABLE REAL. APROXIMACIÓN POLINÓMICA. DESARROLLOS EN SERIE

EJERCICIOS DE SERIES DE FUNCIONES

INTEGRAL INDEFINIDA. MÉTODOS DE INTEGRACIÓN

Matemáticas Discretas Inducción y Recursión

Trabajo Práctico Nro. 9 ECUACIONES DIFERENCIALES EN DERIVADAS PARCIALES Y SERIES DE FOURIER

ECUACIONES DIFERENCIALES (0256)

INTEGRAL INDEFINIDA. MÉTODOS DE INTEGRACIÓN 2 1+ x dx

METODO DE ITERACION DE NEWTON

EXAMEN FINAL 15 de enero de Titulación: Duración del examen: 2 horas 30 Fecha publicación notas: Fecha revisión examen:

OBTENCIÓN DE FACTORES DE LA FORMA (x m b), DE UN POLINOMIO DE GRADO n m

EJERCICIOS DE RECURRENCIA

Resolución de ecuaciones no lineales

Series de potencias Introducción. Temas Series de potencias. Intervalo y radio de convergencia de una serie de potencias.

Aplicaciones lineales. Diagonalización. . La aplicación f es lineal si se verifican las dos condiciones siguientes:

una sucesión de funciones de A. Formemos una nueva sucesión de funciones {S n } n=1 de A de la forma siguiente:

Repaso de estabilidad

Ecuaciones Diferenciales Ordinarias (No Lineales)

Métodos Numéricos (SC 854) Ajuste a curvas. 2. Ajuste a un polinomio mediante mínimos cuadrados

Métodos Iterativos para resolución de sistemas de ecuaciones lineales.

Función Logaritmo. 1 t dt, x > 0. ln x =

CUADRATURA GAUSSIANA

UNIDAD 2 Ecuaciones Diferenciales Lineales de Orden Superior

CAPITULO 0 CONCEPTOS BASICOS DE ALGEBRA Y PROGRAMACION LINEAL Algebra lineal Notación básica.

α β la cual puede presentar

MATEMÁTICA LIC. Y PROF. EN CS. BIOLÓGICAS

Capítulo II ASPECTOS GENERALES DE LAS ECUACIONES DIFERENCIALES

IES Fco Ayala de Granada Sobrantes de 2005 (Modelo 3) Solución Germán-Jesús Rubio Luna OPCIÓN A

Sistemas de Ecuaciones Lineales. M. en I. Gerardo Avilés Rosas

9. Hallar un número de cuatro cifras que sea igual al cubo de la suma de las cifras.

Raices de Polinomios. Jorge Eduardo Ortiz Triviño

1. Relaciones de recurrencia homogéneas con coeficiente

Diferencias Finitas Para la Ecuacion de Calor en 1D

L lim. lim. a n. 5n 1. 2n lim. lim. lim. 1 Calcula: Solución: a) 2

Guía Semana 9 1. RESUMEN. Universidad de Chile. Ingeniería Matemática

Teoría de Sistemas y Señales

8 Derivadas. Página 239. Página 247. Función derivada

Algoritmos y Estructuras de Datos II, Segundo del Grado de Ingeniería Informática, Test de Análisis de Algoritmos, marzo Test jueves.

Teoría de Sistemas y Señales

UNIDAD 10.- DERIVADAS

1. Sucesiones y series numéricas

Series alternadas Introducción

Sumatoria, Progresiones y Teorema del Binomio

Laboratorio N 10, Series de Fourier. Introducción. Para funciones ( ) cos. f x está definida en la mitad del intervalo

Límite y Continuidad de Funciones.

Sesión 8 Series numéricas III

FUNCIONES VECTORIALES DE VARIABLE ESCALAR

Series de números reales

GUIA DE ESTUDIO Nro 1

Departamento de Matemáticas

Tema 3. Series de Fourier. Análisis de Espectros

SOLUCIONARIO II Parcial Cálculo Proyecto MATEM UNIVERSIDAD DE COSTA RICA Miércoles 10 de agosto del Solucionario

Serie de Potencias. Denición 1. A una serie de la forma. a n (x c) n. a n x n

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE TEMUCO FACULTAD DE INGENIERÍA DEPTO. DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS SERIES DE POTENCIAS

Determinantes. Ramón Espinoza Armenta AVC APOYO VIRTUAL PARA EL CONOCIMIENTO

TEMA 26 DERIVADA DE UNA FUNCIÓN EN UN PUNTO. FUNCIÓN DERIVADA. DERIVADAS SUCESIVAS. APLICACIONES.

Tema II: Interpolación. Polinomios de Lagrange Diferencias Divididas Interpolación Lineal

Capítulo 3. El modelo de regresión múltiple. Jorge Feregrino Feregrino. Econometría Aplicada Utilizando R

(3 ) (6 ) 5 (3 x ) 5 81x. log (3 4) log 5 3log 5 5 (3log 5) y x x. cos 7 4 ( 1) 2 (3 ) 2 4

( ) = 1= + + ( ) + + lim 3x 5 = lim 3x lim5 = lim3 lim x lim5 = = 12 5 = 7

Series infinitas de números reales. Series convergentes

VII. Sistemas con múltiples grados de libertad

Examen de Febrero de 2005 de Cálculo I. Soluciones.

Un sistema de m ecuaciones lineales con n incógnitas es un conjunto de m igualdades del tipo:......

Sucesiones y series de números reales

IES Fernando de Herrera Curso 2015 / 16 Primer trimestre - Primer examen 1º Bach CT NOMBRE: e x. xy y

ECUACIONES DIFERENCIALES Problemas de Valor Frontera

R. Urbán Introducción a los métodos cuantitativos. Notas de clase Sucesiones y series.

SUBSECRETARÍA DE EDUCACIÓN MEDIA SUPERIOR DIRECCIÓN GENERAL DEL BACHILLERATO CENTRO DE ESTUDIOS DE BACHILLERATO 4/2 LIC: JESÚS REYES HEROLES

Composición de fundamental con tercera armónica Onda fundamental. Onda resultante

EJERCICIOS RESUELTOS SOBRE SISTEMAS DE 1er y 2do ORDEN

Ejercicios de preparación para olimpiadas. Funciones

4.4 Sistemas mal condicionados

Prueba Integral Lapso / Área de Matemática Fecha: MODELO DE RESPUESTA (Objetivos del 01 al 11)

Control de Procesos Enfoque desde la teoría a de sistemas dinámicos y sistemas de control en variables de estado

Técnicas para problemas de desigualdades

AMPLIACIÓN DE MATEMÁTICAS APLICACIONES.

Tema 8 Límite de Funciones. Continuidad

Polinomio de una sola variable. , llamaremos polinomio de la variable x a toda expresión algebraica entera de la forma:

1) Considera el sistema de ecuaciones:

IES Fco Ayala de Granada Sobrantes de 2001 (Modelo 3) Solución Germán-Jesús Rubio Luna

Fórmula de Taylor. Si f es continua en [a,x y derivable en (a,x), existe c (a,x) tal que f(x) f(a) f '(c) f(x) f(a) f '(c)(x a)

INECUACIONES. Ejemplo: La desigualdad 2x+l>x+5, es una inecuación por que tiene una incógnita "x" que se verifica para valores mayores que 4.

CALCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL II

Vectores y matrices. x 1. x 2. x n. vector columna. X x 1, x 2,...,x n vector fila. a 11 a a 1m. a 21 a a 2m... a n1 a n2...

MATEMÁTICA I Capítulo 5. a, a,..., a, término independiente b e incógnitas. = b, por ejemplo 2

PRÁCTICA SOLUCIÓN DE ECUACIONES Y SISTEMAS DE ECUACIONES DIFERENCIALES

ANÁLISIS MATEMÁTICO I - EXAMEN FINAL - 16 de julio de 2015 APELLIDO Y NOMBRE:... CORRIGIÓ:...REVISÓ:...

DISCUSIÓN Y RESOLUCIÓN DE ECUACIONES LINEALES. TEOREMA DE ROUCHE. REGLA DE CRAMER. MÉTODO DE GAUSS-JORDAN

Guía de estudio Fracciones parciales Unidad A: Clase 19 y 20

Transcripción:

APUNTE TEORICO DE SISTEMAS DE ECUACIONES DIFERENCIALES [6.08] ALGEBRA II Autor: Berardo Ortega

Ídice SISTEMAS DE ECUACIONES DIFERENCIALES ORDINARIAS...3 De primer orde co coeficietes costates..3 Sistemas Acoplados.4 Sistemas Desacoplables...5 Método para sistemas o Desacoplables.9 - -

Sistema de ecuacioes difereciales ordiarias De primer orde co coeficietes costates Se tiee u sistema de ecuacioes difereciales ordiarias de primer orde: ( t ) ( t ) ( t ) ( t ) ( t ) ( t ) = a + a + + a = a + a + + a = a + a + + a ( t ) ( t ) ( t ) Datos: a a A: R a a f f f f = dode f : I R so cotiuas e u itervalo I R, i = i Icógitas : I R es de clase C ( I ) i - 3 -

Idicado que matricialmete como: = y =, el sistema se puede escribir A F = + Observació: Dada B R y dado y B y t B t = y La demostració: y y y =, dode cada yi : I R es derivable e I etoces: y b b b y ( t ) b y y B y ( t ) = B y = = t b b b y ( t ) b y y Sistemas Acoplados Cosiste e aquellos sistemas e el que la matriz (por ejemplo) A es diagoal, es decir: { } A = diag λ,λ,,λ λ λ = + f = + f = + f λ - 4 -

Sistemas Desacoplables Cosiste e que ua matriz, (por ejemplo) A es diagoalizable. = +, etoces como A es diagoalizable eiste ua matriz V Si A F iversible y ua matriz diag { } V AV = D, por lo tato = tal que: D λ,λ,,λ A = VDV, etoces retrascribimos el sistema = A + F como VDV F V a la izquierda y os queda miembros tato el sistema desacoplado es y = Dy + G EJEMPLO: Sea el siguiete sistema de ecuacioes difereciables: t = t + 0 t t = 6 + + t hallar ua solució del mismo. = + se multiplica ambos = + V t DV t V F t y t y t G t, por lo RESOLUCION: E este caso el valor de =, la matriz itervalo e que se esta trabajado es I =R. 0 A = 6 y F t = t el Como el sistema o es acoplado, ya que la matriz A o es diagoal, lo que se tiee que realizar es la diagoalizació de la misma. Para eso se tiee que aplicar los coocimietos apredidos de Autovalores y Autovectores. - 5 -

Pasamos a buscar los autovalores de A : λ P A = det A λi, etoces λ 0 Pλ ( A) = = ( λ ) ( λ) + 0 6 λ λ = + = = ( )( + ) P A λ 0 λ λ λ por lo tato sus autovalores so λ = y λ =. Para λ Para λ = su autovector respectivo es v = [ ] T 5 3 v =. = su autovector respectivo es [ ] T, etoces Etoces la matriz V os queda 3 V = 5, diagoalizamos la matriz A : 3 0 3 3 0 3 5 A = VDV = 5 0 5 = 5 0 V D V = + lo retrascribimos como: Al sistema A F = + V t DV t V F t y t y t G t etoces: 3 5 t 8t = = = t 3t. V F G t. - 6 -

y Dy G Etoces y 8t ( I) y = = + = y = + y 3t ( II) Paso a resolver ( I ) (como ua ecuació diferecial lieal de primer orde): y e = y 8t, despejamos y y dt t = e factor itegrate. t + t = 8t, calculo el factor itegrate: Etoces multiplico ambos miembros por el factor itegrate t t t e y ( t ) + e y = 8t e t, etoces t e y t t t sale itegrado por partes etoces t e dt = t e e + c t t 8 t t t e y e e c y ( t ) es: = +, despejo y ( t ) 8( t ) y = c e t. Paso a resolver ( II ) :, t 8 t t e y d = e t, ahora t e t dt t Para resolver la ecuació diferecial y y utilice e dt t I, el factor itegrate e este caso es, etoces: y la solució: de la ecuació diferecial t = t + 3t aplico el mismo método que e = e. La solució de la ecuació diferecial y es y ( t ) c e t 3( t ) = +. Ahora para ecotrar la solució del sistema se tiee que cosiderar lo siguiete: - 7 -

Se sabe que = V y( t ), etoces y t 3 c e 8( t ) t = t 5 c e 3( t + ), etoces y t = c e 6 t 5 t + + 5 c e = 3t + c e + 5 c e t t t t t = c e 8 t 9 t + + 3 c e = 7t + c e + 3 c e. t t t t Como =, etoces os queda: t t 3t + c e + 5 c e = t t 7t + c e + 3 c e despejamos u poco y os queda que: 3t t t 5 ( t ) = + c e + c e 7t 3 es la solució particular del sistema de ecuacioes. Observació: t -El factor itegrate correspodiete a c e podemos apreciar que la potecia t por el autovalor el sigo correspode -El factor itegrate correspodiete a t c e podemos apreciar que la potecia t el sigo + correspode por el autovalor - 8 -

Nota: Si A es diagoalizable, sea v, v,, v ua base de Autovectores de A tal que A vi = λ i vi co i =,,. = α + α + + α v v v = α + α + + α v v v = + + F t g t v g t v = + etoces: si A F ( ) α t v + + α t v = A α t v + + α t v + g t v + + g t v F t etoces, α t v + + α t v = α t A v + + α t A v + g t v + + g t v λ v λ v etoces, F α t v + + α t v = α t λ + g t v + + α t λ + g t v, por lo tato: g g α t = λ α t + t α t = β t + c e g λ t α t = λ α t + t α t = β t + c e α t = λ α t + t α t = β t + c e λ t λ t etoces: α α β β λ t λ t t = t v + + t v = t v + + t v + c e v + + c e v Sol. particular de t A t F = + Sol. geeral de = A - 9 -

Método para sistemas o Desacoplables Para =, para utilizar este método se debe cosiderar el Teorema de Cayley Hamilto Nota: El Teorema de Cayley Hamilto dice que PA ( A) = 0. Para el caso de = : A tr P A = A A A + det A I = 0 = + o es desacoplable, etoces se utiliza la seguda derivada Si A F de, es decir A F = +. = A + F A A + F + F, operamos u poco y os queda que: A A F F teemos que tr queda que: = + +, aplicado el Teorema de Caley Hamilto A = A A det A I, etoces reemplazado e la epresió os = ( A ) A det ( A ) I + A F + F tr, simplificamos u poco y teemos que: t = tr A A t det A t + A F t + F t etoces F = ( A ) ( A ) F det ( A ) + A F + F tr tr despejamos y os queda ( A ) + det ( A ) = A F ( A ) F + F tr tr H t - 0 -

( A ) + det ( A ) = ( t ) ( I) tr h tr h ( A ) + det ( A ) = ( t ) ( II) EJEMPLO: Sea el sistema de ecuacioes difereciales: = = Hallar ua solució. RESOLUCION: Buscamos la matriz A : 0 A = 0 ( t ) = ( t ) ( t ) = ( t ) t t + t t = 0 ( t ) + ( t ) = + = 0 se puede observar que tr ( A) = 0 y sistema y os queda det A =, etoces ahora derivo ua vez mas al - -

= = = = despejo 0 ( I) + = + = 0 ( II) Paso a resolver ( I ) : Como es ua ecuació diferecial lieal de segudo orde homogéea, se puede ver claramete que o tiee ua solució posible e los R, tiee ua solució e los C. Etoces ua solució para ( I ) es: = cos + se = cos + se a b a b Paso a resolver ( II ) : Como es el mismo caso que e ( I ), etoces tiee solució e los C, como mas arriba se dijo que = etoces =, etoces de ahí se deduce que: ( t ) = cos ( t ) + se ( t ) = cos ( t ) + se c d b a Para verificar veamos que: ( t) ( t ) se ( t ) cos ( t ) cos ( t ) se = a + b = c d ( t) ( t ) se ( t ) cos ( t ) cos ( t ) se = c + d = a + b ( t) - -

Observació: Se puede observar que e el caso de : - a = c a = c - b = d b = d ahora para el caso de : - a = c a = c - b = d b = d Esto quiere decir, que satisface la codició iicial: = = - 3 -