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Ecuaciones diferenciales exactas

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Kernel: SageMath (stable)

Laboratorio de computo 1.2

Líneas de flujo

La solución de la ecuación diferencial 2xy(x2+y2)2dx+(1+(y2x2(x2+y2)2))dy=0\dfrac{2xy}{\left( x^2+y^2 \right)^2} dx + \left( 1+ \left(\dfrac{y^2-x^2}{\left( x^2+y^2 \right)^2}\right) \right) dy = 0 es una familia de curvas que se pueden interpretar como líneas de flujo de un fluido que discurre alrededor de un objeto circular cuya fronter está descrita por la ecuación x2+y2=1x^2+y^2=1.

Inciso (a)

Utilizando SageMath , encuentre las soluciones f(x,y)=c f(x,y)=c de la ecuación diferencial y trace las curvas de nivel correspondientes a $ c=0,\pm 0.2, \pm 0.4, \pm 0.6, \pm 0.8 & . Consulte la documentación correspondiente sobre los métodos desolve() y contour_plot() , para resolver este inciso.

#solución del inciso (a)

Inciso (b)

Interpretando el coeficiente de M(x,y)=2xy(x2+y2)2,N(x,y)=(1+(y2x2(x2+y2)2))M(x,y) = \dfrac{2xy}{\left( x^2+y^2 \right)^2}, N(x,y)=\left( 1+ \left(\dfrac{y^2-x^2}{\left( x^2+y^2 \right)^2}\right) \right) como las componentes de un campo gradiente g(x,y)=(M(x,y),N(x,y))\nabla g(x,y)=\left( M(x,y), N(x,y) \right), añada la gráfica de este campo vectorial a la del inciso anterior, utrilizando el método plot_vector_field() en Sagemath.

#solución del inciso (b)

Bibliografía

Zill, D.; Ecuaciones Diferenciales con apliucaciones al modelado; Cengage Learning; 10a Edición. Sección 2.4