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Enunciado

Cálculo - Boyce - Equações Diferenciais - Ed: 10º - Capítulo 7.7 - Ex. 1

Em cada um dos problemas de 1 a 10 :

(a) Encontre uma matriz fundamental para o sistema de equações dado.

(b) Encontre, também, a matriz fundamental Φ ( t ) que satisfaz Φ ( 0 )   =   I .

x ' = 3 - 2 2 - 2 x

Passo 1

a) Para encontramos a matriz fundamento é necessário determinar os autovetores e autovalores da matriz que estamos trabalhando.

Caso você não tenha muito firme este assunto, recomendo que você visite a seção de álgebra linear do responde ai, vá em autovetores e autovalores e de uma revisada boa.

Caso queiras uma breve e resolução rápida, nas questões pares estarei resolvendo rapidamente os autovalores e autovetores.

Após a determinação dos autovalores e autovetores aplicaremos a solução geral para o sistema e assim por final será possível encontrar a matriz fundamental.

Passo 2

Temos os autovalores e autovetores como:

r 1 = - 1

ξ 1 = 1 2

r 2 = 2

ξ 2 = 2 1

Aplicando a formula da solução geral temos:

x = c 1 x 1 t + c 2 x ( 2 ) t

Em que:

x ( 1 ) t = 1 2 ∙ e - t

x ( 1 ) t = e - t 2 e - t

E:

x 2 t = 2 1 ∙ e 2 t

x 2 t = 2 e 2 t e 2 t

Logo a solução geral fica:

x = c 1 e - t 2 e - t + c 2 2 e 2 t e 2 t

Como c 1 e c 2 formam um par fundamental de solução para equação:

x ' = P t x

Temos que a matriz fundamental pode ser determinada:

Ψ t = x 1 1 t x 2 2 t x n 1 t x n 2 t

Aplicando a solução:

Ψ t = e - t 2 e 2 t 2 e - t e 2 t

Passo 3

b) Note que a notação para uma matriz fundamental arbitraria o livro estará utilizando Ψ e para uma matriz fundamental que satisfaz as condições inicias Φ .

Para determinarmos Φ ( t ) que satisfaz Φ 0 = I , aplicaremos a seguinte formula:

Φ t = Ψ t ∙ Ψ - 1 0

Determinando:

Ψ 0 = 1 2 2 1

Ψ - 1 0 = 1 3 - 1 2 2 - 1

Aplicando a formula temos:

Φ t = Ψ t ∙ Ψ - 1 0

Φ t = 1 3 e - t 2 e 2 t 2 e - t e 2 t - 1 2 2 - 1

Φ t = 1 3 - e - t + 4 e 2 t 2 e - t - 2 e 2 t - 2 e - t + 2 e 2 t 4 e - t - e 2 t

Resposta

a) Ψ t = e - t 2 e 2 t 2 e - t e 2 t

b) Φ t = 1 3 - e - t + 4 e 2 t 2 e - t - 2 e 2 t - 2 e - t + 2 e 2 t 4 e - t - e 2 t

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Em cada um dos problemas de 1 a 10 :(a) Encontre uma matriz fundamental para o sistema de equações dado.(b) Encontre, também, a matriz fundamental Φ ( t ) que satisfaz Φ ( 0 )=I . x ' = 1 - 1 4 3 2 -
Em cada um dos problemas de 1 a 10 :(a) Encontre uma matriz fundamental para o sistema de equações dado.(b) Encontre, também, a matriz fundamental Φ ( t ) que satisfaz Φ ( 0 )=I . x ' = 1 1 4 - 2 x
Mostre que, seA for uma matriz diagonal com elementos diagonais a 1 ,a 2 , . . . ,a n , então e x p ( A t ) também será uma matriz diagonal com elementos diagonais e x p ( a 1 t ) ,e x p ( a 2 t ) , .
Considere um oscilador satisfazendo o problema de valor inicial u ' '+ w 2 u = 0 ,u 0 = u 0 , u ' 0 = v 0 . a)Sejam x 1 = u , x 2 =u’ e coloque as equações i na forma: x ' = A x ,x 0 = x 0 b)Usando a