La ecuación de Clairaut: una familia de rectas y su envolvente
La ecuación de Clairaut es una ecuación diferencial de primer orden con una forma muy particular: es decir, la función es igual a por su derivada más una expresión que depende solo de la derivada. Su interés está en que tiene dos soluciones de naturaleza distinta —una familia de rectas y una curva que las envuelve— y en que ambas salen de un mismo cálculo breve.
Derivar una vez. Si se deriva la ecuación respecto a y se usa que , el término aparece a ambos lados y se cancela: queda Un producto es cero cuando lo es alguno de sus factores, y cada factor da una solución.
La solución general: una familia de rectas. El primer factor, , significa que es constante; llamándola , la ecuación original se convierte en . Es una recta por cada valor de : la solución general es toda esa familia. Por ejemplo, para es .
La solución singular: la envolvente. El segundo factor, , no contiene ninguna constante arbitraria: describe una curva concreta. Tomando como parámetro, de y se elimina y queda la solución singular. Geométricamente es la envolvente de la familia de rectas: la curva tangente a todas ellas. Para el ejemplo anterior, da y la envolvente , una parábola a la que todas las rectas son tangentes.
La solución singular es notable porque no se obtiene dando un valor a la constante de la general: es una solución aparte, propia de este tipo de ecuación. En la calculadora, escribir en el operador de ecuaciones diferenciales muestra las dos ramas paso a paso, con la familia de rectas y su envolvente.