Las ecuaciones diferenciales exactas son ecuaciones del tipo:
Que además cumplen con la condición:
La solución de estas ecuaciones diferenciales viene dada por la expresión , donde la función
es la solución del siguiente sistema de ecuaciones diferenciales en derivadas parciales:
Para resolver este sistema de ecuaciones lo haremos en tres pasos:
Paso 1: Integración parcial
Se integra M(x,y) respecto a x, o N(x,y) respecto a y, según convenga. Se obtendrá por lo tanto:
, o bien,
La función g(y), o g(x) según se haya procedido, es una función incógnita que resulta de la indeterminación en la variable y si se ha integrado respecto a x, o en x si se ha integrado respecto a y.
Paso 2: Derivada parcial
Se deriva respecto a y, si se ha integrado M(x,y) respecto a x, o se deriva respecto a x, si se ha integrado N(x,y) respecto a y.
Paso 3: Integral final
De la nueva expresión encontraremos, mediante una nueva integral, la función incógnita g(y) o g(x) según se haya procedido, y a partir de ella ya tendremos la expresión de .
Debes tener presente que en este último proceso de integración no consideraremos la constante del resultado, ya que la constante de la solución de la ecuación diferencial exacta es la que aparece en .
Ejemplo de solución de una ecuación diferencial exacta
Voy a resolver como ejemplo la siguiente ecuación diferencial exacta:
Primero comprobamos que se trata de una ecuación diferencial exacta.
Como ambas derivadas parciales coinciden se ha confirmado que es una ecuación diferencial exacta.
Ahora resolvemos el siguiente sistema de ecuaciones en derivadas parciales:
Paso 1: Integramos por ejemplo la primera ecuación respecto a x.
Paso 2: Derivamos parcialmente la solución anterior respecto a y.
Paso 3: Sustituyendo el resultado anterior en la segunda ecuación del sistema en ecuaciones diferenciales llegamos a lo siguiente.
Integrando llegaríamos a g(y)=C, pero como consideramos C=0, tenemos que g(y)=C. Y la expresión de quedará:
Y la solución en formato implícito de la ecuación diferencial exacta es:
Compártelo
Comparte el contenido en tus perfiles sociales. A tus amigos también les puede interesar. Gracias.