METODO DE EULER PARA ECUACIONES DIFERENCIALES

Al culminar de leer el siguiente artículo, podrás resolver cualquier ecuación diferencial de primer orden con valores iniciales, mediante el método de euler para ecuaciones diferenciales y además podrás graficar tus resultados aquí mismo o copiando el código de MATHEMATICA al final del artículo.

Según la Dra Barbara Oakley de la UC San Diego, en su curso: Leaning how to learn, se puede acceder a la memoria a largo plazo mediante la técnica: Palacio de la memoria, donde se utiliza un lugar físico y totalmente familiar para memorizar objetos que no tienen conexión entre si, como lo puede ser la lista del supermercado.

De esta forma se tiene un esquema visual (croquis) donde se puede depositar los conceptos que se quieren recordar.

Así el ubicar los objetos de la lista en cada uno de los resintos de nuestro lugar físico familar y dar «un paseo», nos ayudaría a recordar dicha lista; también es importante que los objetos depositados en el recinto tengan alguna exageración, como lo puede ser en su tamaño o forma.

Esta es otra técnica que se podría emplear para memorizar los pasos que aquí proponemos para resolver los tipos de ecuaciones diferenciales.

METODO DE 4 PASOS PARA RESOLVER ECUACIONES DIFERENCIALES DE PRIMER ORDEN CON VALORES INICIALES MEDIANTE EL METODO DE EULER

FORMULAS USADAS

\begin{equation} \LARGE y_{n+1} =y_{n} +h f ( x_{n} ,y_{n} ) \end{equation} \begin{equation} \LARGE x_{n+1} =x_{n} +h \end{equation}

Donde:

$ n=0,1,2,3, \ldots$

$ h=$ tamaño del incremento en $ x$

$ f ( x_{n} ,y_{n} ) =$ segundo miembro de la ED de primer orden cuando tiene la forma: $ \frac{d y}{d x} =f ( x,y )$

PROCEDIMIENTO:

1. Escribimos la ED en la forma: $ \frac{d y}{d x} =f ( x,y )$, para extraer su segundo miembro.
2. Definimos $ x_{0}$, $ y_{0}$ y $ h$ de acuerdo a los datos del problema, ejemplo:

para el PVI: $ y’ =0.12 \sqrt{y} +0.4x^{2}$, $ y ( 2 ) =4$, $ y ( 2.5 )$, con $ h=0.5$, las variables buscadas son: $ x_{0} =2$, $ y_{0} =4$ y $ h=0.5$

      iii. Plateamos la ecuación de Euler utilizando los datos iniciales, como sigue:

$ \large y_{0+ 1} =y_{0} +h f ( x_{0} ,y_{0} )$

Y una vez obtenido este primer resultado repitímos el proceso iterativamente utilizando los nuevos datos:

$ \large y_{1+1} =y_{1} +h f ( x_{1} ,y_{1} )$

     iv. Desarrollamos hasta el valor buscado en $ x$, en este caso: $ x=2.5$, como se ve el los datos del problema del inciso ii.

EJEMPLOS RESUELTOS DE ECUACIONES DIFERENCIALES DE PRIMER ORDEN CON VALORES INICIALES MEDIANTE EL METODO DE EULER

En los problemas siguientes (3 y 4) use el método de Euler para obtener una aproximación a cuatro decimales del valor indicado. Primero utilice $ h=0.1$ y después utilice $ h=0.05$. Determine una solución explicita para cada problema con valores iniciales y después construya tablas con los valores obtenidos.

Ejemplo 1. Ejercicios 2.6. Libro Dennis G. Zill (Problema 3)

$ \large y’ =y$,   $ y ( 0 ) =1$,  $ y ( 1.0 )$

Primer caso $ h=0.1$

Pasos:
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