Le equazioni differenziali lineari del primo ordine richiedono più di una semplice integrazione: bisogna riconoscere la struttura dell’equazione, costruire un fattore integrante coerente e controllare che la funzione ottenuta soddisfi sia la relazione differenziale sia l’eventuale condizione iniziale. La difficoltà tipica consiste nel ricordare una formula senza comprendere perché funzioni, con il rischio di sbagliare il segno dell’esponente, perdere la costante di integrazione o applicare la condizione iniziale troppo presto. In questo articolo risolviamo un problema di Cauchy con coefficiente variabile, mostrando il passaggio che trasforma il membro sinistro nella derivata di un prodotto. La soluzione viene poi verificata per sostituzione, interpretata come elemento di una famiglia di curve e ricavata anche con un metodo alternativo basato sulla somma tra soluzione omogenea e soluzione particolare. Una sezione applicativa mostra infine come la stessa struttura differenziale venga utilizzata in farmacocinetica, distinguendo con precisione il modello ideale dai dati clinici realmente misurati.
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Analisi della Dinamica Libera e delle Caratteristiche Temporali di un Sistema LTI di Terzo Ordine
Quando si studia un sistema descritto da un’equazione differenziale lineare a coefficienti costanti, la prima distinzione da fare è tra evoluzione libera ed evoluzione forzata.
L’evoluzione libera rappresenta ciò che il sistema fa da solo, in assenza di ingresso: è il comportamento intrinseco della dinamica.
L’evoluzione forzata, invece, rappresenta la risposta dovuta a un ingresso esterno.
Questa distinzione è fondamentale perché la struttura dell’evoluzione libera dipende unicamente dalla posizione delle radici del polinomio caratteristico, cioè dai poli del sistema. Non dipende dall’ingresso e non dipende dal tipo di condizione iniziale scelta: queste intervengono solo più tardi, nel determinare quanto ciascun modo partecipa alla risposta.
Per questo motivo, quando si imposta un esercizio, si pone inizialmente l’ingresso uguale a zero. Questo non è un arbitrio, ma un modo per isolare la struttura fondamentale del sistema.
L’equazione si riduce così a un’equazione omogenea. Cercare soluzioni della forma e^ptsignifica trasformare il problema da differenziale ad algebrico, portando a costruire quello che chiamiamo polinomio caratteristico.
Parallelogramma con tre vertici noti: come trovare il quarto punto e le rette dei lati
1 Testo Sono dati i punti A(-1, 0), B(-3, -8) e D(3, 2). Calcola le coordinate del punto C in modo che A, B, C, D formino un parallelogramma. Successivamente, determina le equazioni delle rette che contengono i lati di tale figura.
Esercizio d’esame sulla dinamica di un’asta incernierata a terra
1 Testo Il candidato modelli le equazioni della dinamica di un’asta omogenea di lunghezza 𝐿 e massa 𝑚, incernierata a una estremità. Si assuma assenza di attrito al vincolo e assenza di forze esterne diverse dal peso proprio dell’asta. Mostrare i passaggi che portano alla determinazione del momento di inerzia […]
Determinazione dell’Equazione di una Retta Passante per un Punto e il Punto Medio di un Segmento
Andiamo a vedere la determinazione dell’equazione di una retta passante per un punto e il punto medio di un segmento, passo dopo passo.
Disequazione completa con richiesta di positività (2)
Testo Si voglia risolvere la seguente Disequazione di secondo grado: \(3x^2+5x-2>0\) Soluzione Per risolvere la disequazione di secondo grado si tiene in considerazione che questa è nella forma completa e: Quindi, la sua equazione associata, ha soluzioni del tipo: E allora: \(x_1=\frac{-(5)-\sqrt{(5)^2-4(-2)(3)}}{2(3)} \rightarrow x_1=\frac{-5-\sqrt{25+24}}{6}=\frac{-5-\sqrt{49}}{6}=-2 \) Mentre: \(x_2=\frac{-(5)+\sqrt{(5)^2-4(-2)(3)}}{2(3)} \rightarrow x_2=\frac{-5+\sqrt{25+24}}{6}=\frac{-5+\sqrt{49}}{6}=\frac{1}{3}\) Quindi […]
Disequazione di un rapporto di polinomi di secondo grado esempio 2
Testo della disequazione Si vuole risolvere il seguente disequazione del rapporto di due equazioni di secondo grado: \(\frac{x^2-4x+4}{3x^2-5x+2}>0\) Soluzione Si studia separatamente numeratore \(N(x)\) e denominatore \(D(x)\): \(N(x) > 0 \rightarrow x^2-3x+4>0\) \(D(x) >0 \rightarrow 3x^2-5x+2>0\) L’equazione associata del numeratore ha soluzioni: \(x_{1,2}=\frac{-b \pm \sqrt{b^2 -4ac}}{2a} = \frac{+4 \pm \sqrt […]
Trova la circonferenza centrata nell’origine con la retta tangente
Testo Data una circonferenza centrata nell’origine e la retta tangente \(3x+2y-8=0\) determina l’equazione della circonferenza. Soluzione La circonferenza è evidentemente centrata nell’origine. La distanza della retta dall’origine è il raggio della circonferenza. Scrivendo la retta in forma implicita si ha: \(3x+2y-8=0\) Per conoscere il raggio della circonferenza basta calcolare la […]
Prodotto di due variabili uguali a costante – Isolamento delle Variabili e Analisi dei Valori
Prima di procedere con l’argomento riguardante il prodotto di due variabili uguali a costante, abbiamo selezionato accuratamente delle calcolatrici che fanno a caso tuo: Quale calcolatrice scientifica utilizzo? Vi ricordiamo inoltre che potete scaricare gratuitamente tutti i nostri esercizi, o in questo caso la teoria, presenti nel sito in formato […]
Determinazione del Campo di Esistenza delle Espressioni con Radici Quadrate – Un Approfondimento Step-by-Step
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