Temas Selectos de Ecuaciones Diferenciales Ordinarias Tarea 1 Última modificación: Abril 30, 2015 Nombre:_____________________________________ Firma:______________ Instrucciones: Responda clara y apropiadamente. Soluciones incompletas o confusas recibirán crédito parcial o nulo, aún si parecieran correctas. 1. Use el método de promediación (variación de parámetros) para determinar una aproximación uniforme de primer orden para: u00 + u + εu05 = 0, ε << 1. Verifique su aproximación con la solución numérica de Runge-Kutta o pplane7.m 2. Encuentre una aproximación asintótica de segundo orden para las cuatro raices de la ecuación: εx4 − x − 1 = 0. Resuelva de manera exacta con las fórmulas de Cardano y haga la expansión de Taylor alrededor de ε = 0. Compare. 3. Encuentre la aproximación a primer orden para las raices de: ε2 x6 − εx4 − x3 + 8 = 0. Aquí ya no conoce solución exacta por radicandos. ¿Cómo puede validar su aproximación de asintótica? Donde pueda compare. 4. Use el método de Poincaré-Lindstedt para obtener una aproximación de dos términos en amplitud y frecuencia para el problema: y 00 + y = εyy 02 , y (0) = 1, y 0 (0) = 0. Verifique su aproximación con la solución numérica de Runge-Kutta o pplane7.m 5. Use el método de ajuste asintótico para obtener una solución aproximada uniforme a los problemas: (a) εy 00 + (1 + x) y 0 = 1, y (0) = 0, y (1) = 1 + ln 2. 1 (b) εy 00 − 2 − x2 y = −1, y 0 (0) = 0, y (1) = 1. De ser posible investigue en Matlab como resolver problemas con condiciones a la frontera y compare. 6. Considere los problemas de valor inicial: dx = f (t, x) + δ (ε) g (t, x; ε) , x (t0 ) = x0 dt y dy = f (t, y) , y (t0 ) = x0 , dt en la cual f y g son Lipschitz con respecto a xD ⊆ Rn y continuas con respecto a (t, x, ε) [t0 , ∞) xDx (0, ε0 ] ; δ (ε) es una función de orden. Si g (t, x; ε) = O (1) en la escala de tiempo 1 muestre que xε (t) − y (t) = O (δ (ε)) en la escala de tiempo 1. Sugerencia: Use la desigualdad de Gronwall y la propiedad de Lipschitz. 7. Use el método WKB para encontrar una solución aproximada: (a) Al problema de valor inicial: y 00 − λ 1 + x2 2 y = 0, y (0) = 0, y 0 (0) = 1 para λ grande. (b) La edo ε2 y 00 + 2y 0 + x2 y = 0, x > 0. Sugerencia: Use primero la transformación de Liouville. 2
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