APLICACIONES DE ECUACIONES DIFERENCIALES EN INGENIERÍA INDUSTRIAL

Lady Mayerly Bernard Suárez Mabel Carreño Mojica Margy Lorena Araque Estupiñan

Las ecuaciones diferenciales son muy interesantes en cuanto a la posibilidad que presentan para indagar sobre variedad de problemas de las ciencias físicas, biológicas y sociales. A partir de la formulación matemática de situaciones físicas, biológicas o sociales se describen procesos reales aproximados. Dentro de los diversos campos de acción de la ingeniería industrial, una de las múltiples aplicaciones de ecuaciones diferenciales está relacionada con matemáticas financieras, un ejemplo es:

A los 20 años Pablo Rodríguez abre una cuenta individual de retiro en Bancolombia con una inversión inicial de 2 millones de pesos y a partir de ese momento se propone efectuar depósitos anuales de 1 millón de pesos de manera continua. El Banco le reconoce una tasa de interés efectiva anual del 9% anual constante. A los 40 años decide retirar su dinero.a) ¿De cuánto es el monto?b) ¿cuál es la ganancia obtenida a partir del interés efectivo anual?

SOLUCIÓN

La razón de cambio del valor de la inversión es: dP/dt, y esta cantidad es igual a la rapidez con la que se acumula el interés, que es la tasa de interés ie multiplicada por el valor actual de la inversión P(t), por tanto:

Además se conoce el valor de la inversión en el periodo cero, es decir:

P(0) = P0

También se hacen depósitos, los cuales son efectuados a través de una cuota constante K, lo que da como resultado:

Siendo K positiva para los depósitos.

Ahora la ecuación diferencial de primer orden está dada por:

; P(0) = P0

La ecuación se clasifica como ecuación diferencial lineal:

; P(0) = P0

dP = ie.Pdt

dP = ie.P + Kdt

dP = ie.P + Kdt

dP - ie.P = Kdt

SOLUCIÓN DE LA ECUACIÓN DIFERENCIAL:

1. Calcular el factor de integración:

W(t) = W(t) =

2. Multiplicar a ambos lados de la ecuación por W(t)

3. Identificar el lado izquierdo como la derivada de un producto

4. Integrar a ambos lados:

5. Despejar P

Conociendo que en t =0, P = P0

Reemplazando C en la solución general:

Solución General

Solución Particular

A partir de los valores dados por el problema:

P0 = 2´000.000K = 1´000.000i = 9% anualt = 20 años P =? ; G =?

a)

RTA: Después de 2 años Pablo Rodríguez recibe el monto de 68´206.489 pesos de Bancolombia.

b) Pablo Rodriguez deposita durante los 20 años una cantidad total T de 22´000.000 de pesos.

La ganancia está dada por:G = P-T

G = 68´206.489 – 22´000.000

RTA: La ganancia obtenida a partir del interés efectivo es de 46´206.489 pesos.