Enunciado

Em cada um dos problemas de 16 a 21, resolva a equação diferencial dada por uma série de potências em x e verifique se a 0 é arbitrário em cada caso.

y ' = e x 2 y

Passo 1

O exercício pede para que escrevamos na forma de:

y = ∑ n = 0 ∞ a n x n

A derivada pode ser dada por:

y ' = ∑ n = 0 ∞ n a n x n - 1

Aplicando na EDO, teremos :

y ' = e x 2 y

∑ n = 0 ∞ n a n x n - 1 = e x 2 ∑ n = 0 ∞ a n x n

Relembrando que a série de Taylor sobre e x 2 sobre x = 0 é:

1 + x 2 + x 4 2 ! + x 6 3 ! + x 8 4 ! + …  

Substituindo o valor de e x 2 e expanda as somas de y e y ' :

a 1 + 2 a 2 x + 3 a 3 x 2 + 4 a 4 x 3 + 5 a 5 x 4 + …

= 1 + x 2 + x 4 2 ! + x 6 3 ! + x 8 4 ! + … a 0 + a 1 x + a 2 x 2 + a 3 x 3 + a 4 x 4 + …

a 1 + 2 a 2 x + 3 a 3 x 2 + 4 a 4 x 3 + 5 a 4 x 4 + … = a 0 + a 1 x + a 2 + a 0 x 2 + a 3 + a 1 x 3 + a 4 + a 2 + 1 2 a 0 x 4 + …

Por comparação:

a 1 = a 0

2 a 2 = a 1

3 a 3 = a 2 + a 0

4 a 4 = a 3 + a 1

5 a 5 = a 4 + a 2 + 1 2 a 0

Passo 2

Resolvendo as equações temos:

a 1 = a 0

2 a 2 = a 1 ,   2 a 2 = a 0 , a 2 = 1 2 a 0

3 a 3 = a 2 + a 0   ;     3 a 3 = 1 2 a 0 + a 0 ;     a 3 = 1 2 a 0

4 a 4 = a 3 + a 1   ;   4 a 4 = 1 2 a 0 + a 0 ;     a 4 = 3 8 a 0

5 a 5 = a 4 + a 2 + 1 2 a 0   ;     5 a 5 = 3 8 a 0 + 1 2 a 0 ;     a 5 = 7 40 a 0

Nosso y pode ser dado por:

y = a 0 1 + x + 1 2 x 2 + 1 2 x 3 + 3 8 x 4 + 7 40 x 5 + …

Resposta

y = a 0 1 + x + 1 2 x 2 + 1 2 x 3 + 3 8 x 4 + 7 40 x 5 + …

Ver Outros Exercícios desse livro

Exercícios de Livros Relacionados

Nos problemas 23-34, mostre que as raízes indiciais diferem por um inteiro. Use o método de Frobenius para obter duas soluções seriais linearmente independentes em torno da singularidade regular x 0 =
Nos problemas 23-34, mostre que as raízes indiciais diferem por um inteiro. Use o método de Frobenius para obter duas soluções seriais linearmente independentes em torno da singularidade regular x 0 =
Nos problemas 23-34, mostre que as raízes indiciais diferem por um inteiro. Use o método de Frobenius para obter duas soluções seriais linearmente independentes em torno da singularidade regular x 0 =
Nos problemas 23-34, mostre que as raízes indiciais diferem por um inteiro. Use o método de Frobenius para obter duas soluções seriais linearmente independentes em torno da singularidade regular x 0 =
Nos problemas 11-22, mostre que as raízes indiciais não diferem por um inteiro. Use o método de Frobenius para obter duas soluções seriais linearmente independentes em torno do ponto singular regular