Problema di Cauchy $x' = 2\sqrt{|x|}$
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!
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!
Risposte
Ho capito l'errore dov'era! In ogni caso, metto la soluzione in spoiler così chi volesse può tentare di risolvere l'esercizio/trovare l'errore nel mio ragionamento precedente da solo. 
Alla seconda domanda invece ho ancora da lavorare. Intanto mi piacerebbe sapere voi cosa pensate del tutto.

Alla seconda domanda invece ho ancora da lavorare. Intanto mi piacerebbe sapere voi cosa pensate del tutto.
