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Ecuación de Bernoulli: resolución paso a paso con el cambio v = y^(1−n)

La ecuación de Bernoulli tiene la forma y+P(x)y=Q(x)yny' + P(x)\,y = Q(x)\,y^{n}. Para n=0n = 0 o n=1n = 1 es lineal; el caso interesante es n0,1n \neq 0,1, donde el término yny^{n} la hace no lineal. Fue planteada por Jacob Bernoulli en 1695, y el método clásico de resolución se debe a Leibniz.

El procedimiento: dividir toda la ecuación entre yny^{n}, yny+P(x)y1n=Q(x),y^{-n}y' + P(x)\,y^{1-n} = Q(x), y aplicar el cambio v=y1nv = y^{1-n}. Como v=(1n)ynyv' = (1-n)\,y^{-n}y', el primer término es v1n\dfrac{v'}{1-n} y la ecuación se vuelve lineal en vv: v+(1n)P(x)v=(1n)Q(x).v' + (1-n)P(x)\,v = (1-n)Q(x).

La lineal resultante se resuelve con el factor integrante μ=e(1n)Pdx\mu = e^{\int (1-n)P\,dx}, y al final se deshace el cambio con y=v1/(1n)y = v^{1/(1-n)}. Por ejemplo, y+y=y2y' + y = y^2 (con P=Q=1P=Q=1 y n=2n=2) se transforma en vv=1v' - v = -1, de solución v=C1ex+1v = C_1e^{x}+1, y por tanto y=1C1ex+1y = \dfrac{1}{C_1 e^{x} + 1}.

La calculadora de ecuaciones diferenciales de MathOperator desarrolla el método completo —el cambio, la lineal y el factor integrante— y comprueba la solución. Pueden probarse y' + y = y^2, x*y' + y = x*y^2 o y' - y = -y^3.

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