Usuario:DaniFlumen/Taller

Existencia y unicidad de soluciones de PVI lineales de orden n

editar

1. 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 definimos  , el sistema se puede escribir como  . La función   es continua respecto a las dos variables.

2. Sea  , puesto que   es una función continua en sus dos variables, para poder aplicar el Teorema de Picard-Lindelöf solo falta 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   .

  .

Sea  , acotamos el ultimo término de la suma,

 .

Por la desigualdad triangular de la norma euclídea,

 


 .

Obtenemos  .

Por lo que   tiene constante de Lipschitz    .

3. Finalmente, tras haber comprobado que la primera componente,  , tiene   derivadas y que satisface la ecuación diferencial, vemos que se cumplen las hipótesis del Teorema de Picard-Lindelöf, por lo que queda demostrado que el problema tiene existencia y unicidad de soluciones dadas unas condiciones iniciales.

Ejemplo

editar

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 2, por Daniel Ríos Palencia, Asier Fernández Arrazola, Wen Jie Gou Zhou y Lucía Ulecia Rivas.