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Ecuación diferencial de Bernoulli - Wikipedia, la enciclopedia libre

Ecuación diferencial de Bernoulli

De Wikipedia, la enciclopedia libre

Esta Ecuaciones diferenciales de primer orden fue formulada por Jakob Bernoulli y resuelta por su hermano Johann y se caracteriza por tener la forma:


\frac{dy}{dx}+P(x)y=Q(x)y^\alpha

Donde \!P(x) y \!Q(x) son funciones continuas en un intervalo [a,b] \subseteq \mathbb{R}

[editar] Método de Resolución

Si descontamos los casos en que y=0, α=0 y α=1, si dividimos la ecuación por yα obtenemos: \frac{y'}{y^\alpha}+\frac{P(x)}{y^{(\alpha-1)}}=Q(x) (1)

Ahora definamos: Z(x):=\frac{1}{y^{(\alpha-1)}} \Rightarrow Z'= -\frac{\alpha-1}{y^\alpha}y' \Rightarrow \frac{y'}{y^\alpha}=-\frac{1}{\alpha-1}Z'

Lo que nos permite escribir (1): \frac{1}{1-\alpha}Z'+P(x)Z=Q(x) La cual podemos reescribir: \!Z'+ (1-\alpha)\!P(x)\!Z=(1-\alpha)\!Q(x) a la cual podemos aplicar el método de resolución de una Ecuación diferencial lineal obteniendo como resultado:

Z(x) = {\frac { \left( 1-\alpha \right) \int \!Q \left( x \right) {dx}+C}{{e^{ \left( 1-\alpha \right) \int \!P \left( x \right) {dx}}}}} Donde C \in \mathbb{R} es una constante arbitraria

Pero sabemos que Z(x)=\frac{1}{y^{(\alpha-1)}}

\Rightarrow \frac{1}{y^{(\alpha-1)}}={\frac { \left( 1-\alpha \right) \int \!Q \left( x \right) {dx}+C}{{e^{ \left( 1-\alpha \right) \int \!P \left( x \right) {dx}}}}}

\Rightarrow {y^{(\alpha-1)}}={\frac {{e^{ \left( 1-\alpha \right) \int \!P \left( x \right) {dx}}}}{ \left( 1-\alpha \right) \int \!Q \left( x \right) {dx}+C}}

\Rightarrow y(x)={\sqrt [\alpha-1]{\frac {{e^{-(\alpha-1)\int \!P \left( x \right) {dx}}}}{ \left( 1-\alpha \right) \int \!Q \left( x \right) {dx}+C}}}

Finalmente las funciones que satisfacen la ecuación diferencial pueden calcularse utilizando la expresión:

\Rightarrow y(x)={\frac {{e^{-\int \!P \left( x \right) {dx}}}}{\sqrt [\alpha-1]{ \left( 1-\alpha \right) \int \!Q \left( x \right) {dx}+C}}}

Con C \in \mathbb{R}.

[editar] Véase también

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