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Academic Year/course: 2023/24

447 - Degree in Physics

26914 - Differential Equations


Syllabus Information

Academic year:
2023/24
Subject:
26914 - Differential Equations
Faculty / School:
100 - Facultad de Ciencias
Degree:
447 - Degree in Physics
ECTS:
6.0
Year:
2
Semester:
First semester
Subject type:
Compulsory
Module:
---

1. General information

This subject is part of the Mathematical Methods module of the Physics degree. The knowledge of the topics covered in this subject is essential to be able to follow the development of the other teachings of physics, since these equations are used in all its branches.

The objective of this subject is to learn the basic tools for solving differential equations and their applications in Physics. The concept of differential equation, particular or general solution, differential equations of first order, higher order and different special types are included. In addition, several problems from the theory of systems of differential equations and solutions of  equations in partial derivatives will be included.

These approaches and objectives are aligned with the Sustainable Development Goals (SDGs) of the 2030 Agenda of United Nations (https://www.un.org/sustainabledevelopment/es/); in such a way that the acquisition of the learning results of the subject will contribute to some extent to the achievement of Objectives 4.3 and 4.4 of SDG 4.

It is recommended to have taken and passed Algebra I, Algebra II, Mathematical Analysis and Differential Calculus.

 

2. Learning results

The learning results required to be demonstrated in this subject are:

  • Recognize the type of differential equation and the appropriate strategy for solving it.

  • Find the solution of first order equations using the most common methods: separation of variables, integrating factor, change of variable, etc.

  • Solve homogeneous and non-homogeneous linear equations, and understand the nature of the space of their solutions.

  • Recognize the symmetry properties of an equation and know how to exploit them to reduce the order.

  • Know how to apply power series developments to solve differential equations and establish the domain of validity of the solution.

  • Understand the equivalence between higher order differential equations and systems of first order equations 

  • Apply algebraic methods to solve systems of linear equations.

  • Know the ordinary differential equations most commonly used in Physics, the form of their solutions and the method to obtain them.

  • Solve simple problems of the most common partial derivative equations (wave equation, diffusion equation , Laplace equation, etc.). Know how to apply initial and boundary conditions.

  • Solve problems in Physics or other fields by posing the associated differential equation.

 

3. Syllabus

  • First order differential equations. General solution. Separable equations. Exact equations, integrating factors . Variable changes.

  • Linear equations with constant coefficients. Method of indeterminate coefficients. Laplace

Transform.

  • Linear equations with variable coefficients. Euler and Legendre equations. Parameter variation method.

Green functions.

  • Non-linear equations. Methods to simplify or reduce the degree of the equation. Symmetries.

  • Power series solution of differential equations. Regular and singular points. Hermite, Legendre and Bessel equations.

  • Systems of differential equations. Systems of linear equations of first order.

  • Partial Differential Equations (PDE). PDE in Physics. General solution and particular solution.  boundary conditions and existence of solutions. Separation of variables.

 

4. Academic activities

  • Theory classes: 40 hours of lectures, which should provide students with the structure of contents that will allow them to face the resolution of problems and practical work proposed.

  • Types of problems: 20 hours in each group, where proposed problems will be solved. Students shall have studied and solved them previously.

  • Practical work: a total of 6 hours in which work will be done to provide greater depth in specific topics of interest only to some of the students 

  • Tutoring: Students will receive the support they need to complete their training.

 

5. Assessment system

The student must demonstrate that they has achieved the intended learning results through the following assessment activities:

  • Continuous evaluation of the student's learning through the resolution of problems, questions, theoretical and practical tests and other activities proposed by the teacher (30% of the final grade).

  • Completion of a theoretical-practical test throughout the term (70% of the final grade).

It will be necessary to achieve a grade of 5 out of 10 in the activities and evaluations proposed during the term as well as in the theoretical-practical test in order to pass the subject.

Passing the subject by means of a single global test.

In the event that the student chooses not to carry out the activities proposed by the teacher mentioned above, there will be a single global test at the end of the term on the dates published by the Faculty of Sciences

 


Curso Académico: 2023/24

447 - Graduado en Física

26914 - Ecuaciones diferenciales


Información del Plan Docente

Año académico:
2023/24
Asignatura:
26914 - Ecuaciones diferenciales
Centro académico:
100 - Facultad de Ciencias
Titulación:
447 - Graduado en Física
Créditos:
6.0
Curso:
2
Periodo de impartición:
Primer semestre
Clase de asignatura:
Obligatoria
Materia:
---

1. Información básica de la asignatura

Esta asignatura se enmarca en el módulo de Métodos Matemáticos del grado de Física. El conocimiento de los temas que abarca esta asignatura es imprescindible para poder seguir el desarrollo de las demás enseñanzas de la física, ya que en todas sus ramas se hace uso de dichas ecuaciones.

El objetivo de esta asignatura es conocer las herramientas básicas para la resolución de ecuaciones diferenciales y sus aplicaciones en la Física. Se incluye el concepto de ecuación diferencial, solución particular o general, ecuaciones diferenciales de primer orden, orden superior y distintos tipos especiales. Además, se incluirán diversos problemas de la teoría de sistemas de ecuaciones diferenciales y soluciones de ecuaciones en derivadas parciales.

Estos planteamientos y objetivos están alineados con los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) de la Agenda 2030 de Naciones Unidas (https://www.un.org/sustainabledevelopment/es/); de tal manera que la adquisición de los resultados de aprendizaje de la asignatura contribuirán en cierta medida al logro de las metas 4.3 y 4.4 del ODS 4.

Se recomienda haber cursado y aprobado Álgebra I, Álgebra II, Análisis Matemático y Cálculo Diferencial.

2. Resultados de aprendizaje

Los resultados de aprendizaje que se precisan demostrar en esta asignatura son:

  • Reconocer el tipo de ecuación diferencial y la estrategia adecuada para su resolución.
  • Encontrar la solución de ecuaciones de primer orden usando los métodos más comunes: separación de variables, factor integrante, cambio de variable, etc.
  • Resolver ecuaciones lineales homogéneas y no homogéneas, y comprender la naturaleza del espacio de sus soluciones.
  • Reconocer las propiedades de simetría de una ecuación y saber explotarlas para reducir el orden.
  • Saber aplicar los desarrollos en serie de potencias para resolver ecuaciones diferenciales y establecer el dominio de validez de la solución.
  • Comprender la equivalencia entre ecuaciones diferenciales de orden superior y sistemas de ecuaciones de primer orden.
  • Aplicar métodos algebraicos para resolver sistemas de ecuaciones lineales.
  • Conocer las ecuaciones diferenciales ordinarias de uso más común en Física, la forma de sus soluciones y el método para obtenerlas.
  • Resolver problemas sencillos de las ecuaciones en derivadas parciales más comunes (ecuación de ondas, ecuación de difusión, ecuación de Laplace, etc.). Saber aplicar condiciones iniciales y condiciones de contorno.
  • Resolver problemas de Física o de otros ámbitos planteando la ecuación diferencial asociada.

3. Programa de la asignatura

  • Ecuaciones diferenciales de primer orden. Solución general. Ecuaciones separables. Ecuaciones exactas, factores integrantes. Cambios de variable.
  • Ecuaciones lineales con coeficientes constantes. Método de los coeficientes indeterminados. Transformada de Laplace.
  • Ecuaciones lineales con coeficientes variables. Ecuaciones de Euler y Legendre. Método de variación de parámetros. Funciones de Green.
  • Ecuaciones no lineales. Métodos para simplificar o reducir el grado de la ecuación. Simetrías.
  • Solución en serie de potencias de ecuaciones diferenciales. Puntos regulares y singulares. Ecuaciones de Hermite,
    Legendre y Bessel.
  • Sistemas de ecuaciones diferenciales. Sistemas de ecuaciones lineales de primer orden.
  • Ecuaciones en derivadas parciales (EDP). EDP en Física. Solución general y solución particular. Condiciones de contorno y existencia de soluciones. Separación de variables.

4. Actividades académicas

  • Clases de teoría: 40 horas magistrales, que son las que deben proporcionar al alumnado la estructuración de contenidos que le permitirán afrontar la resolución de problemas y trabajos prácticos propuestos.
  • Clases de problemas: 20 horas en cada grupo, donde se resolverán problemas propuestos, y que el alumnado ha debido estudiar y realizar previamente.
  • Trabajos prácticos: un total de 6 horas en las que se realizarán trabajos que puedan proporcionar una mayor profundidad en temas específicos y de interés sólo a parte del alumnado.
  • Tutorías: En ellas los/las estudiantes recibirán el apoyo que precisen para completar su formación.

5. Sistema de evaluación

El estudiante deberá demostrar que ha alcanzado los resultados de aprendizaje previstos mediante las siguientes actividades de evaluación:

  • Evaluación continua del aprendizaje del alumno mediante la resolución de problemas, cuestiones, prueba teórico-práctica y otras actividades propuestas por el profesor de la asignatura (30% de la nota final).
  • Realización de una prueba teórico-práctica a lo largo del curso (70% de la nota final).

Será necesario alcanzar una nota de 5 sobre 10 tanto en las actividades y evaluaciones propuestas durante el curso como
en la prueba teórico-práctica para poder superar la asignatura.

Superación de la asignatura mediante una prueba global única
En el caso de que el estudiante opte por la no realización de las actividades propuestas por el profesor anteriormente mencionadas, se le realizará una prueba global única al final del curso en las fechas publicadas por la Facultad de Ciencias.