Salve a tutti, vorrei chiedervi aiuto con un esercizio sulle equazioni differenziali. So che probabilmente avrò fatto un errore stupidissimo, come qualche segno sbagliato, ma non riesco a capacitarmi di dove sia il problema. Ecco la traccia:
In quanto tempo la soluzione di
\[
\begin{cases}
x'=2\sqrt{|x|}\\
x(0)=-1
\end{cases}
\]
raggiunge l'equilibrio $ x=0 $ ? Quante soluzioni ha questo problema di Cauchy?
Ovviamente è un equazione autonoma, quindi si può risolvere similmente a un equazione a variabili separabili. Alla fine mi usciva che
\[
\sqrt{|x(t)|} - 1 = t \rightarrow \sqrt{|x(t)|} = t+1 \wedge t>-1 \,\,\,\text{ *}
\]
A questo punto direi che $ x(t) = -(t+1)^2 $ , altrimenti non sarebbe vero che $x(0) = -1$ . Ora ciò che non capisco è questo: se calcolo la derivata di questa soluzione ottengo $x'(t) = -2(t+1)$ che è negativa per ogni $t> -1$ , mentre l'equazione differenziale mi dice che questa dovrebbe essere positiva!
Un altro ulteriore elemento di confusione è che gli appunti del prof mi dicono che, per capire in quale intervallo di tempo esiste la soluzione di un'equazione autonoma, detta $(x_-,x_+)$ la componente connessa di $\mathbb{R}$ in cui $f(x)$ non tocca lo zero, contenente il punto $x(0)$ (ammesso sempre che $x(0) \ne 0$ ), si calcolano gli integrali impropri
\[
\int_{x(0)}^{x_-} \frac{dy}{f(y)}= l^- \text{ e } \int_{x(0)}^{x_+} \frac{dy}{f(y)}=l^+
\]
Se questi limiti sono infiniti, allora $x(t)$ esiste ed è unica per ogni $t \in \mathbb{R}$. Altrimenti vuol dire che la soluzione trovata raggiunge l'equilibrio $x=0$ in un tempo finito, e allora si perde l'unicità della soluzione (anche questa cosa non mi è chiara. Quale sarebbe l'altra soluzione del problema di Cauchy di sopra? Non la funzione identicamente nulla su tutto $mathbb{R}$, per la quale non si ha $x(0) = -1$... E allora quale?)
Il punto è che, essendo $(x_-,x_+) = (-\infty, 0)$, trovo che gli integrali impropri di sopra sono pari rispettivamente a $-\infty$ e $-1$, e quindi l'intervallo di unicità della soluzione sarebbe per $t\in (-\infty, -1)$, ma sappiamo da sopra che deve necessariamente aversi $t\in (-1, \infty)$ per $\text{*}$. Per di più, $(-\infty, -1)$ non contiene neanche il punto iniziale $t=0$.
In pratica sto impazzendo da stamattina. Forse mi sono perso in un bicchiere d'acqua, ma dal quale non riesco a venire fuori. Forse è anche che questi appunti sono scritti male e penso in modo molto impreciso.
Qualcuno mi può aiutare? Grazie mille a tutti!