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> Examen 1-2010, By I. Huerta & G. Raykov
NickdrA
mensaje Jul 1 2010, 03:12 PM
Publicado: #1


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MAT1640
Examen

1 de Julio, 2010


TEX: <br />\begin{enumerate}<br />\item <br />\begin{itemize} <br />\item[(a)] Resuelva $y'=\frac{2}{x}y-y^2, \: y(1)=1$.<br />\item[(b)] Resuelva $x+yy'=\left(x^2+y^2\right)^{\frac{1}{2}}, \: y(1)=1$.<br />\item[©] Justifique la unicidad de la solución para el problema de valor inicial $xy'=y^2, \: y(1)=1$. ¿Para cuáles valores de $a$, $b$ el problema con condiciones iniciales $y(a)=b$ no tiene solución?.<br />\end{itemize}<br />\item Sea $$A = \left[ \begin{array}{cc} 2 & 1 \\ -1 & 2 \end{array} \right].$$<br />\begin{itemize} <br />\item[(a)] Calcule la matriz $e^{tA}, \: t \in \mathbb{R}$.<br />\item[(b)] Resuelva el problema de Cauchy $$\vec{x}'=A\vec{x} + \left[ \begin{array}{c} 0 \\ e^{2t} \end{array} \right], \quad \vec{x}(0) = \left[ \begin{array}{c} 0 \\ 0 \end{array} \right].$$<br />\end{itemize}<br />\item Para la ecuación diferencial $y'=(y-1)\sin{(y^2)}$<br />\begin{itemize} <br />\item[(a)] Determine y clasifique sus puntos de equilibrio.<br />\item[(b)] Para $y(t)$ solución de la EDO, con $y(0)=a$, dependiendo del valor de $a$, con $-2<a<2$, determine $L_1=\lim_{t\rightarrow \infty} y(t), \: L_2=\lim_{t\rightarrow -\infty} y(t)$<br />\end{itemize}<br />\item<br />\begin{itemize}<br />\item[(a)] Resuelva la ecuación integral $$y(t)=-2\int_0^t(t-\tau)y(\tau)d\tau + H(t-2)+1,$$<br />donde $H(t) = \left\{ \begin{array}{lcr} 1 & \mathrm{si} & t \geq 0 \\ 0 & \mathrm{si} & t < 0 \end{array} \right.$<br />\item[(b)] Resuelva el problema de valor inicial $$x''(t)+4x(t)=\sin{(2t)} + \delta(t-4\pi), \quad x(0)=x'(0)=1,$$ donde $\delta(t)$ es la función de Dirac.<br />\end{itemize}<br />\end{enumerate}<br />

Tiempo: 2 horas y 30 minutos

No estaba mayormente díficil el examen, pero no andaba muy despierto hoy en la mañana, asi que no espero mucho...
Espero que lo disfruten!!!
Con esto se acaba el ramo de Ecuaciones Diferenciales 1er semestre de 2010.

Saludos zippyyeahbt5.gif

Mensaje modificado por NickdrA el Jul 1 2010, 03:34 PM


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Abu-Khalil
mensaje Jul 1 2010, 06:57 PM
Publicado: #2


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P2a

TEX: \noindent Notemos que<br />\[A=\begin{bmatrix}<br />2&0\\<br />0&2<br />\end{bmatrix}+\begin{bmatrix}<br />0&1\\<br />-1&0<br />\end{bmatrix}:=2I+B.\]<br />Por lo tanto, como son bonitas,<br />\[e^{At}=e^{2It+Bt}=e^{2It}e^{Bt}.\]<br />Por un lado, <br />\[e^{2It}=\begin{bmatrix}<br />e^{2t}&0\\<br />0&e^{2t}<br />\end{bmatrix}=e^{2t}I.\]<br />Por el otro, <br />\[e^{Bt}=I+Bt+\frac{B^2t^2}{2!}+\frac{B^3t^3}{3!}+\frac{B^4t^4}{4!}+\ldots\]<br />pero <br />\[B^2=\begin{bmatrix}<br />-1&0\\<br />0&-1<br />\end{bmatrix}=-I\Rightarrow B^3=-B\Rightarrow B^4=-B^2=I.<br />\]<br />Luego,<br />\[e^{Bt}=I+Bt-I\frac{t^2}{2!}-B\frac{t^3}{3!}+I\frac{t^4}{4!}\ldots=I\cos t+B\sin t=\begin{bmatrix}<br />\cos t&\sin t\\<br />-\sin t&\cos t<br />\end{bmatrix}.<br />\]<br />Finalmente,<br />\[e^{At}=e^{2t}I<br />\begin{bmatrix}<br />\cos t&\sin t\\<br />-\sin t&\cos t<br />\end{bmatrix}=e^{2t}<br />\begin{bmatrix}<br />\cos t&\sin t\\<br />-\sin t&\cos t<br />\end{bmatrix}<br />.\]<br />

P2b

TEX: \noindent Sabemos que la solución es de la forma<br />\[\begin{bmatrix}<br />x(t)\\<br />y(t)<br />\end{bmatrix}=\int_0^te^{A(t-s)}\begin{bmatrix}<br />0\\<br />e^{2s}<br />\end{bmatrix}ds+e^{At}\begin{bmatrix}<br />0\\<br />0<br />\end{bmatrix}<br />=e^{2t}\int_0^t\begin{bmatrix}<br />\sin (t-s)\\<br />\cos (t-s)<br />\end{bmatrix}ds<br />=e^{2t}\begin{bmatrix}<br />1-\cos t\\<br />\sin t<br />\end{bmatrix}.<br />\]<br />

Como dato freak, notar que TEX: $B$ es matriz de rotación.


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NickdrA
mensaje Jul 2 2010, 06:12 PM
Publicado: #3


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4a:

TEX:  Reescribimos la ecuación como: $$y=-2t \ast y + H_2(t) + 1$$ Y aplicamos la transformada de Laplace: $$Y = \frac{-2Y}{s^2} + \frac{e^{-2s}+1}{s}$$<br />Despejando $Y$:<br />$$Y=\frac{se^{-2s}+s}{s^2+2}$$<br />Aplicando la transformada de Laplace inversa:<br />$$y(t)=\cos{(\sqrt{2}(t-2))}H_2(t) + \cos{(\sqrt{2}t)}$$<br />

4b:

TEX: La ecuación es: $$x'' + 4x = \sin{(2t)} + \delta{(t-4\pi)}, \quad x'(0)=x(0)=1$$ Entonces aplicamos nuevamente la transformada de Laplace: $$s^2X-sx(0) - x'(0) + 4X = \frac{2}{s^2+4} + e^{-4\pi s}$$<br />Despejando $X$:<br />$$X=\frac{2}{(s^2+4)^2} + \frac{e^{-4\pi s}+s+1}{s^2+4} $$<br />Aplicando la transformada de Laplace inversa:<br />$$x(t)=2(\sin{(2t)}\ast\sin{(2t)}) + (H_{4\pi}(t)+1)\sin{(2t)} + \cos{(2t)}$$<br />


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HenrYxZ
mensaje Jun 28 2011, 10:36 PM
Publicado: #4


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Creo que en la respuesta de 4b) debería ir H(t-4PI)xsin(2(t-4Pi))+sin(2t) en vez de H(t-4PI)xsin(2(t))+sin(2t)
Salu2!
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