Transformada de Laplace -Integral Compleja

¿Cómo resolver una integral del tipo: $\int e^{-st} \sin{\left(at\right)} dt$?

Con éste artículo las integrales para resolver transformada de Laplace -Integral compleja, serán un día de campo. En éste artículo aprenderás a resolver de una vez y para siempre, la integral de la forma:

  • $\large \int e^{-st}\sin{\left(at\right)}dt$ o
  • $\large \int e^{-st}\cos{\left(bt\right)}dt$

por los métodos

  • Integracion de funciones exponenciales complejas
  • Integración por partes
  • Además incluiremos los códigos de SAGEMATH, para que no te equiviques

Las resolveremos como integrales definidas, al aplicar Laplace, por supuesto.

Terminando el artículo no volverás a tener dudas de cómo resolver este tipo de integrales, esenciales para la Transformadas de Laplace, las Series de Fourier, la Transformada Integral, entre otros.

Primero, desarrollamos paso a paso en los primeros $2$ ejercicios y luego vamos más rápido para mostrar la agilidad de éste método. 😉

Integral Compleja

Metodología utilizada

  • Conversión de la integral trigonométrica a integral de una función exponencial compleja: complexificación.
  • Resolvemos la integral para la función compleja obtenida
  • Extraer la parte real de una función exponencial compleja
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Metodo de Euler para Ecuaciones Diferenciales con SAGEMATH

Al terminar este artículo podrás resolver TODAS tus ecuaciones diferenciales lineales o NO lineales de 1er oeden, con valores iniciales, mediante el Método de Euler con SAGEMATH.

Metodo euler con sagemath
FIGURA. METODO DE EULER CON SAGEMATH

El método de Euler es implementado en SAGEMATH el cual es un lenguaje de programación de alto nivel, construído sobre python y otros lenguajes de acceso libre, es decir; SAGEMATH es software libre y se utiliza básicamente para la simulación científica. La programación y simulación con dicho lenguaje es muy sencilla, incluso podrás simular tus ejercicios aquí mismo.

Se ponen ejemplos resueltos con SAGEMATH de los ejercicios vistos en artículos anteriores. Ver los enlaces específicos para cada artículo en cada ejercicio resuelto.

Para saber cómo editar (utilizar) las celdas de SAGEMATH, ve al siguiente enlace: Simulación con SAGEMATH, da click aquí

Para entender a detalle el código de SAGEMATH para resolver ecuaciones diferenciales con valores iniciales mediante el método de Euler ve la siguiente presentación: De donde sale el método de Euler.

El código para el Método de Euler escrito en SAGEMATH es el siguiente:

CÓDIGO PARA EL MÉTODO DE EULER CON SAGEMATH

### Metodo de Euler
def Euler(fun, a, b, N, y0):
    h = (b - a)/N
    x = [a]
    y = [y0]

    for k in range(N):
        x.append(x[k]+h)
        y.append(y[k]+(h)*fun(x[k], y[k]))
    return list(zip(x, y))

Para Utilizar las celdas para simular otras ecuaciones diferenciales solo es necesario editar el apartado de «datos iniciales» y «Solución numérica para h=…». Al final de este artículo les dejo una versión simplificada de esta celda para que la modifiquen y puedan simular otras ecuaciones diferenciales de primer orden con valores iniciales. 😉

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CÓMO CALCULAR LA SERIE DE FOURIER DE UNA FUNCIÓN DEFINIDA EN PARTES

MÉTODO PARA FUNCIONES PARES O IMPARES

Después de terminar de leer éste artículo podrás calcular la Serie de Fourier de una función definida en partes (dividida a trozos), mediante una metodología ordemada y clara; donde ésta función sea par o impar.

Además, y como consecuencia, aprenderás a obtener la serie de Fourier de funciones pares o impares que no estén definidas por intervalos, siempre y cuando puedas definir el periodo base de una función

Para esclarecer qué significa una función par o impar puedes ver el artículo: Funciones pares e impares y la Serie de Fourier, click aquí

Video. Animación de la Serie de Fourier utilizanzo circulos. Suma de los 4 primeros armónicos para un onda cuadrada

La definición de Serie de Fourier

La Serie de Fourier de una función $f$ definida en el intervalo $(-p,p)$, está dada por:

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Ecuaciones diferenciales por sustitucion

Ecuaciones Diferenciales por sustitución ejemplos (reducidas a variables separables)

Despúes de terminar de leer éste artículo podrás tener una idea clara de cómo abordar problemas de ecuaciones diferenciales cuando pueden ser reducidas a variables separables, además de contar con una metodología que te ayude a resolverlas.

La intiución es una parte muy importante en las matemáticas y la resolución de problemas. Según Sebastian Thrun, vice presidente de Google y el inventor de los Google glasses, dice que la intuición en la resolución de problemas es muy importante para llegar al entendimiento profundo de los mismos.

«La intuición nos perimte realizar una evaluacvión de un problema cuando hay numeros involucrados…», dice Sebastian.

Al final, ver el mundo desde un punto de vista intuitivo (no necesarimente racional, si no con un sentido de entendimiento sutil), nos ayudará a tomar los caminos necesarios para la resolución del problema; ésto en última instancia es pensar como un matemático, segun dice Thrun.

Por experiencia personal, y seguramente de uds como lectores, sabemos que es mucho más fácil saber cómo abordar un problema si tenemos una visión intuitiva de cómo se comporta y cómo podemos modelarlo y/o manipular su modelo para resolverlo.

El ejercicio de éste «don» nos permitirá desarrollar ese pensamiento matemático, que nos hace falta para la comprención profunda de los conceptos o fenómenos físicos.

La mente intuitiva es un don sagrado, y la mente racional es un fiel sirviente. Hemos creado una sociedad que honra al sirviente y ha olvidado el don.

Albert Einstein

ecuaciones diferenciales por sustitucion
Figura 1. El área bajo la curva de la función seno (o coseno), es fácilmente aproximable si nos damos cuenta que podemos calcular el área de los rectángulos cuyas alturas coinciden con ella.

Un ejemplo interactivo de las sumas de Riemann se encuentra en la celda de SAGEMATH, dale click a Evaluate para verlo. 😉

Metodología de 4 pasos para resolver ecuaciones diferenciales reducidas a variables separables

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