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Ecuaciones Diferenciales
Método: Variación De Parámetros
Por: Jorge A. Frías Hernández.
Prof. Martínez Padilla Cesar Octavio.
Variación De Parámetros
DEBES DE SABER
Que para resolver un sistema de ecuaciones por el método de
Variación De Parámetros.
                   y ' '+ p( x) y '+ q( x) y = g ( x)
Necesitamos encontrar una solución de la forma:
  y p = u1 y1 + u2 y2   Y de este modo que satisfaga la ecuación   y ' '+ p( x) y '+ q( x) y = g ( x)


        Son dos funciones a determinar.



         Son dos soluciones de la ecuación diferencial homogénea asociada.
Variación De Parámetros
•      Lo primero que debemos saber es lo siguiente.

                                                                                        y1       y2
    1) yc = C1 y1 + C2 y 2   Solución Complementaria            2) W ( y1 + y 2 ) =                       Wroskiano
                                                                                       y1 '     y2 '


                                                                            W1   y f ( x)
    3) y ' '+Py + Qy = f ( x )      Ecuación Standard           4) u1 ' =      =− 2                Determinar f(x)
                                                                            W       W

             W2   y f ( x)                                                     0       y2
5) u 2 ' =      =− 1                Determinar f(x)             6) W1 =                         Wroskiano 1
             W       W                                                        f ( x)   y2 '


                                                                 7) y p = u1 y1 + u 2 y2      Solución Particular
                             y1        0
               6) W2 =                            Wroskiano 2
                             y1 '    f ( x)
                                                                 8) yG = yc + y p      Solución General
Variación De Parámetros

Resolución de un problema por el método del anulador en una
                ecuación de segundo orden

Sea    y '' + y = cos( x)       No Homogénea


                         Recordemos que estamos buscando
 Segundo Orden
                                 yG = y c + y p

      Paso 1: Sacar yc igualando a 0 el primer miembro de la ecuación.


                               Y se resuelve por el método de coeficientes
          y c = y '' + y = 0   Constantes,
Variación De Parámetros

     λ2 + 1 = 0                  λ = ±i
∴ λ1 = λ2 = ±1               yc = C1 cos( x) + C2 sen( x)

Ya que tenemos yc . sacamos yp De la siguiente forma

 Paso 2: Encontrar primero el Wroskiano.


                                 cos( x )   sen(c )
 W (cos( x ) + sen( x )) =                             = cos 2 ( x ) + sen( x ) =1
                              − sen( x )    cos( x )
                             -                     +
                                                                 Identidad trigonométrica
Variación De Parámetros

Paso 3:Encontrar u1’ y u2’ de la siguiente forma.



                                     0          sen( x )
                            W1
                   u1 ' =      = cos( x )       Cos ( x ) = cos( x ) sen( x )
                            W
                                            1




                               cos( x)              0
                         W2
                  u2 ' =    = − sen( x)         cos( x) = = cos 2 ( x )
                         W
                                            1
Variación De Parámetros

Paso 4:Integramos el u1’ y u2’.

                                                 u2   sen 2 ( x )
              u1 = ∫ cos( x ) sen( x ) = ∫ udu =    =             +C
                                                 2       2
                                     1
              u 2 = ∫ cos 2 ( x) =     x + sen( x ) cos( x)
                                     2

                                                   1
           y p = u1 y1 + u 2 y2 = sen 2 (cos x) + ( x + sen( x ) cos( x)) sen( x )
                                                   2
                     2
                 sen ( x) cos( x ) 1
           yp =                    + xsen( x) + sen 2 ( x) cos( x)
                         2            2
                 1
           y p = (3 + sen 2 ( x) cos( x ) + xsen( x)
                 2
Variación De Parámetros
Paso 4: Una vez que hallamos derivado vamos a sustituir en nuestra ecuación
                          Original y resolvemos

   y '' + 3 y ' + 2 y = x 2 → 2C + 3( B + 2Cx ) + 2( A + Bx + Cx 2 ) = x 2

  2Cx 2 + (6C + 2 B ) x + (2C + 3B + 2 A) = x 2

       2C = 1 → C =     1
                        2

       6C + 2 B = 0 → 6( 1 ) + 2 B = 0 → B =
                         2
                                                   −3
                                                   2

        2C + 3B + 2 A = 0 → 2 1 + 3 −23 + 2 A = 0 → A =
                              2
                                                              7
                                                              4


               y p = 1 + −23 + 7
                     2         4
Variación De Parámetros

 Paso 5: Respuesta. Recordemos que yG = yc + y p




∴ yG = C1 cos( x) + C2 sen( x) + (3 + sen ( x) cos( x) + xsen( x)
                                        1
                                        2
                                                    2




             Esta es la respuesta de nuestra ecuación diferencial de segundo
             Orden por el método de Variación De Parámetros.
Variación De Parámetros



   Gracias por su atención.

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  • 2. Variación De Parámetros DEBES DE SABER Que para resolver un sistema de ecuaciones por el método de Variación De Parámetros. y ' '+ p( x) y '+ q( x) y = g ( x) Necesitamos encontrar una solución de la forma: y p = u1 y1 + u2 y2 Y de este modo que satisfaga la ecuación y ' '+ p( x) y '+ q( x) y = g ( x) Son dos funciones a determinar. Son dos soluciones de la ecuación diferencial homogénea asociada.
  • 3. Variación De Parámetros • Lo primero que debemos saber es lo siguiente. y1 y2 1) yc = C1 y1 + C2 y 2 Solución Complementaria 2) W ( y1 + y 2 ) = Wroskiano y1 ' y2 ' W1 y f ( x) 3) y ' '+Py + Qy = f ( x ) Ecuación Standard 4) u1 ' = =− 2 Determinar f(x) W W W2 y f ( x) 0 y2 5) u 2 ' = =− 1 Determinar f(x) 6) W1 = Wroskiano 1 W W f ( x) y2 ' 7) y p = u1 y1 + u 2 y2 Solución Particular y1 0 6) W2 = Wroskiano 2 y1 ' f ( x) 8) yG = yc + y p Solución General
  • 4. Variación De Parámetros Resolución de un problema por el método del anulador en una ecuación de segundo orden Sea y '' + y = cos( x) No Homogénea Recordemos que estamos buscando Segundo Orden yG = y c + y p Paso 1: Sacar yc igualando a 0 el primer miembro de la ecuación. Y se resuelve por el método de coeficientes y c = y '' + y = 0 Constantes,
  • 5. Variación De Parámetros λ2 + 1 = 0 λ = ±i ∴ λ1 = λ2 = ±1 yc = C1 cos( x) + C2 sen( x) Ya que tenemos yc . sacamos yp De la siguiente forma Paso 2: Encontrar primero el Wroskiano. cos( x ) sen(c ) W (cos( x ) + sen( x )) = = cos 2 ( x ) + sen( x ) =1 − sen( x ) cos( x ) - + Identidad trigonométrica
  • 6. Variación De Parámetros Paso 3:Encontrar u1’ y u2’ de la siguiente forma. 0 sen( x ) W1 u1 ' = = cos( x ) Cos ( x ) = cos( x ) sen( x ) W 1 cos( x) 0 W2 u2 ' = = − sen( x) cos( x) = = cos 2 ( x ) W 1
  • 7. Variación De Parámetros Paso 4:Integramos el u1’ y u2’. u2 sen 2 ( x ) u1 = ∫ cos( x ) sen( x ) = ∫ udu = = +C 2 2 1 u 2 = ∫ cos 2 ( x) = x + sen( x ) cos( x) 2 1 y p = u1 y1 + u 2 y2 = sen 2 (cos x) + ( x + sen( x ) cos( x)) sen( x ) 2 2 sen ( x) cos( x ) 1 yp = + xsen( x) + sen 2 ( x) cos( x) 2 2 1 y p = (3 + sen 2 ( x) cos( x ) + xsen( x) 2
  • 8. Variación De Parámetros Paso 4: Una vez que hallamos derivado vamos a sustituir en nuestra ecuación Original y resolvemos y '' + 3 y ' + 2 y = x 2 → 2C + 3( B + 2Cx ) + 2( A + Bx + Cx 2 ) = x 2 2Cx 2 + (6C + 2 B ) x + (2C + 3B + 2 A) = x 2 2C = 1 → C = 1 2 6C + 2 B = 0 → 6( 1 ) + 2 B = 0 → B = 2 −3 2 2C + 3B + 2 A = 0 → 2 1 + 3 −23 + 2 A = 0 → A = 2 7 4 y p = 1 + −23 + 7 2 4
  • 9. Variación De Parámetros Paso 5: Respuesta. Recordemos que yG = yc + y p ∴ yG = C1 cos( x) + C2 sen( x) + (3 + sen ( x) cos( x) + xsen( x) 1 2 2 Esta es la respuesta de nuestra ecuación diferencial de segundo Orden por el método de Variación De Parámetros.
  • 10. Variación De Parámetros Gracias por su atención.