Usuario:Asierfa/Taller

Existencia y unicidad de soluciones de PVI lineales de orden n

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Podemos escribir toda ecuación diferencial de orden   como un sistema de orden   y dimensión  . Definimos   para   de tal manera que queda la relación  .

 
Soluciones de la EDO x'-x+t=0

Además,  


Escrito en forma matricial:

  ,



donde   es una matriz de dimensiones  , y

  es el vector columna cuyo única componente no nula es  .

Si expresamos   con  , el sistema se puede escribir como  . La función   es continua respecto a las dos variables.

Puesto que   es una función continua en sus dos variables, para poder llegar a aplicar el Teorema de Picard-Lindelöf, faltaría comprobar que es Lipschitz respecto a   (uniformemente en  ). En lo que sigue, usaremos la norma euclídea de un vector, denotada como  , donde  , para  , son las componentes del vector  . Sean  ,

 .

Sea  ,

 


Obtenemos  ,

por lo que   tiene constante de Lipschitz    .

Puesto que se cumplen las hipótesis del Teorema de Picard-Lindelöf, queda demostrado que hay una única solución   del sistema con datos iniciales  ,  , dados en un punto  .

Si  , eso implica que cada una de sus componentes:

 

implicando que   tiene   derivadas. Luego,   es solución del sistema, ya que,  .

Ejemplo

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Sea el problema de valores iniciales:

 

Vamos a transformarlo en un sistema de ecuaciones:

 

con condiciones iniciales:  

Sea   podemos escribir el sistema como:

  , donde A es la matriz  , b es el vector vector   y las condiciones iniciales son  .

Ahora, aplicando el método anteriormente descrito:

Sea  .

En este caso

   por lo que hay unicidad y existencia de soluciones para dicho PVI.



Borrador versión 6, por Daniel Ríos Palencia, Asier Fernández Arrazola, Wen Jie Guo Zhou y Lucía Ulecia Rivas.