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ECUACIONES DIFERENCIALES DE BERNOULLI
TEMAS DE ECUACIONES DIFERENCIALES
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DEMOSTRACIÓN DE LAS FÓRMULAS DE BERNOULLI
Es una ecuación diferencial de primer orden que se puede expresar de la forma:
𝑑𝑦
𝑑𝑥+ 𝑦𝑃 𝑥 = 𝑞 𝑥 ∗ 𝑦𝑛
Donde 𝑃 𝑥 y 𝑞 𝑥 son continuas en un intervalo 𝑎, 𝑏 y 𝑛 ∈ ℛ.
Sustituyendo 𝑣 = 𝑦1−𝑛:
𝑑𝑣
𝑑𝑥=𝑑𝑣
𝑑𝑦∗𝑑𝑦
𝑑𝑥
𝑑𝑣
𝑑𝑥= 1 − 𝑛 𝑦1−𝑛−1
𝑑𝑦
𝑑𝑥
REGRESAR AL CONTENIDO
𝑑𝑣
𝑑𝑥= 1 − 𝑛 𝑦1−𝑛−1
𝑑𝑦
𝑑𝑥
𝑑𝑣
𝑑𝑥= 1 − 𝑛 𝑦−𝑛
𝑑𝑦
𝑑𝑥
𝑦−𝑛𝑑𝑦
𝑑𝑥=
1
1 − 𝑛∗𝑑𝑣
𝑑𝑥
De la ecuación 𝑑𝑦
𝑑𝑥+ 𝑦 ∗ 𝑃 𝑥 = 𝑞 𝑥 ∗ 𝑦𝑛
Se multiplicará por 1
𝑦𝑛:
𝑑𝑦
𝑑𝑥+ 𝑦 ∗ 𝑃 𝑥 = 𝑞 𝑥 ∗ 𝑦𝑛
1
𝑦𝑛
1
𝑦𝑛∗𝑑𝑦
𝑑𝑥+𝑦
𝑦𝑛∗ 𝑃 𝑥 = 𝑞 𝑥 ∗
𝑦𝑛
𝑦𝑛
REGRESAR AL CONTENIDO
1
𝑦𝑛𝑑𝑦
𝑑𝑥+𝑦
𝑦𝑛𝑃 𝑥 = 𝑞 𝑥 ∗
𝑦𝑛
𝑦𝑛
𝑦−𝑛𝑑𝑦
𝑑𝑥+ 𝑦1−𝑛𝑃 𝑥 = 𝑞 𝑥
Remplazando 𝑣 = 𝑦1−𝑛:1
1 − 𝑛
𝑑𝑣
𝑑𝑥+ 𝑣 𝑃 𝑥 = 𝑞 𝑥
𝑑𝑣
𝑑𝑥+ 1 − 𝑛 𝑣 ∗ 𝑃 𝑥 = 1 − 𝑛 𝑞 𝑥
Entonces:𝑣 = Ω 𝑥
𝑦1−𝑛 = Ω 𝑥
𝑦 = Ω 𝑥11−𝑛
REGRESAR AL CONTENIDO
EJEMPLO COMO ILUSTRACIÓN DEL MÉTODO DE BERNOULLI
EJEMPLO: Resolver𝑑𝑦
𝑑𝑥− 5𝑦 = −
5
2𝑥𝑦3
SOLUCIÓN:
Se observa que:𝑛 = 3
Entonces, utilizando las fórmulas:𝑣 = 𝑦1−𝑛 = 𝑦1−3 = 𝑦−2
𝑑𝑣
𝑑𝑦= −2𝑦−3
𝑑𝑣
𝑑𝑥=𝑑𝑣
𝑑𝑦
𝑑𝑦
𝑑𝑥= −2𝑦−3
𝑑𝑦
𝑑𝑥REGRESAR AL CONTENIDO
Remplazando los resultados de las fórmulas en la ecuación diferencial:
𝑑𝑦
𝑑𝑥− 5𝑦 = −
5
2𝑥𝑦3
−2𝑦−3𝑑𝑦
𝑑𝑥− 5𝑦 = −
5
2𝑥𝑦3
−2𝑦−3𝑑𝑦
𝑑𝑥+ 10𝑦−2 = 5𝑥
𝑑𝑣
𝑑𝑥+ 10𝑣 = 5𝑥
Y las funciones que representan la ecuación diferencial lineal de primer orden:
𝑃 𝑥 = 10 𝑔 𝑥 = 5𝑥
REGRESAR AL CONTENIDO
Esta nueva ecuación diferencial se puede resolver por el método del factor integrante. Utilizandoprimeramente la primera fórmula:
𝑢 𝑥 = 𝑒 𝑃 𝑥 𝑑𝑥
𝑢 𝑥 = 𝑒10 𝑑𝑥
𝑢 𝑥 = 𝑒10𝑥
Y la segunda fórmula:
𝑣 𝑥 =1
𝑢 𝑥 𝑢 𝑥 𝑔 𝑥 𝑑𝑥
𝑣 𝑥 =1
𝑒10𝑥 𝑒10𝑥 ∗ 5𝑥𝑑𝑥
𝑣 𝑥 =5
𝑒10𝑥 𝑥𝑒10𝑥𝑑𝑥
REGRESAR AL CONTENIDO
Resolviendo la integral por el método de integración por partes:
𝑥𝑒10𝑥𝑑𝑥
I L A T E
ℎ = 𝑥 𝑑𝑧 = 𝑒10𝑥 𝑑𝑥𝑑ℎ
𝑑𝑥= 1 𝑑𝑧 = 𝑒10𝑥 𝑑𝑥
𝑑ℎ = 𝑑𝑥 𝑧 =𝑒10𝑥
10
Utilizando la fórmula de integración por partes:
ℎ 𝑑𝑧 = ℎ𝑧 − 𝑧 𝑑ℎ
REGRESAR AL CONTENIDO
Sustituyendo:
𝑥𝑒10𝑥𝑑𝑥 = 𝑥𝑒10𝑥
10−
𝑒10𝑥
10𝑑𝑥
=𝑥𝑒10𝑥
10−1
10 𝑒10𝑥𝑑𝑥
=𝑥𝑒10𝑥
10−1
10
𝑒10𝑥
10+ 𝐶
=𝑥𝑒10𝑥
10−𝑒10𝑥
100+ 𝐶
Regresando:
𝑣 𝑥 =5
𝑒10𝑥 𝑥𝑒10𝑥𝑑𝑥
𝑣 𝑥 =5
𝑒10𝑥𝑥𝑒10𝑥
10−1
100𝑒10𝑥 + 𝐶 REGRESAR AL
CONTENIDO
𝑣 𝑥 =5
𝑒10𝑥𝑥𝑒10𝑥
10−1
100𝑒10𝑥 + 𝐶
𝑣 𝑥 =5𝑥
10−5
100+𝐶
𝑒10𝑥
𝑣 𝑥 =1
2𝑥 −
1
20+ 𝐶𝑒−10𝑥
Recordando que 𝑣 𝑥 = 𝑦−2:
𝑣 𝑥 =1
2𝑥 −
1
20+ 𝐶𝑒−10𝑥
𝑦−2 =1
2𝑥 −
1
20+ 𝐶𝑒−10𝑥
∴ 𝑦 =1
2𝑥 −
1
20+ 𝐶𝑒−10𝑥
−12
𝑜 𝑡𝑎𝑚𝑏𝑖é𝑛 𝑦 =1
12𝑥 −
120+ 𝐶𝑒−10𝑥
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BIBLIOGRAFÍASCarmona Jover, I., & Filio López, E. (2011). Ecuaciones diferenciales. México: PEARSON Educación.
D. Zill, D. (2009). Ecuaciones diferenciales con aplicaciones de modelado. México: CENGAGE Learning.
Espinosa Ramos, E. (1996). Ecuaciones diferenciales y sus aplicaciones. Lima.
Jover, I. C. (1998). Ecuaciones diferenciales. México: PEARSON Educación.
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