Enunciado

Em cada um dos problemas de 44 a 49, use os resultados do Problema 43 para determinar se o ponto no infinito é um ponto ordinário, singular regular ou singular irregular da equação diferencial dada.

45.

x 2 y ' ' + x y ' - 4 y = 0

Passo 1

Fala galera!!

Queremos determinar se o ponto no infinito é um ponto singular ordinário, singular regular ou singular irregular da equação diferencial

x 2 y ' ' + x y ' - 4 y = 0

Passo 2

Para resolver essa questão, primeiro, precisamos substituir ξ = 1 / x na equação diferencial. Pela solução do exercício 43, sabemos que a equação diferencial substituída está na forma:

P * ξ y ' ' + Q * ξ y ' ' + R * ξ y = 0

Onde

P * ξ = ξ 4 P 1 / ξ

Q * ξ = 2 ξ 3 P 1 / ξ - ξ 2 Q 1 / ξ

R * ξ = R 1 / ξ

Pela equação diferencial fornecida. Temos que P x = x 2 , Q x = x e R x = - 4 . Assim temos:

P * ξ = ξ 4 1 / ξ 2 = ξ 2

Q * ξ = 2 ξ 3 1 / ξ 2 - ξ 2 1 / ξ = 2 ξ - ξ = ξ

R * ξ = - 4 = - 4

Passo 3

Para que ξ = 0 seja um ponto comum, Q * ξ P * ξ e R * ξ P * ξ devem ser contínuos e ter expansões da série Taylor sobre ξ = 0 :

Q * ξ P * ξ = ξ ξ 2 = 1 ξ

Assim, temos que Q * ξ P * ξ não é continuo no ponto ξ = 0 . Portanto, ξ = 0 ou x = ∞ não é um ponto ordinário.

Passo 4

Para que ξ = 0 seja um ponto singular regular, ξ Q * ξ P * ξ e ξ 2 R * ξ P * ξ devem ter expansões de Taylor sobre ξ = 0 . Isso significa que eles devem atingir um limite finito quando ξ → 0 . Assim temos

lim ξ → 0 ⁡ ξ Q * ξ P * ξ = lim ξ → 0 ⁡ ξ ξ ξ 2 = lim ξ → 0 ⁡ 1 = 1

lim ξ → 0 ⁡ ξ 2 R * ξ P * ξ = lim ξ → 0 ⁡ ξ 2 - 4 ξ 2 = lim ξ → 0 ⁡ - 4 = - 4

Como o limite é finito, ξ = 0 é um ponto singular regular. Portanto, é um ponto singular regular.

Resposta

Não é um ponto ordinário.

É um ponto singular regular.

Ver Outros Exercícios desse livro

Exercícios de Livros Relacionados

Em cada um dos problemas de 17 a 34, encontre todos os pontos singulares da equação dada e determine se cada um deles é regular ou irregular.18. x 2 1–x 2 y ″+2 x y '+4 y=0
Em cada um dos problemas de 17 a 34, encontre todos os pontos singulares da equação dada e determine se cada um deles é regular ou irregular.28. x y ″+e x y '+( 3c o sx ) y=0
Em cada um dos problemas de 17 a 34, encontre todos os pontos singulares da equação dada e determine se cada um deles é regular ou irregular.24. x 1–x 2 3 y ″+1–x 2 2 y '+2 ( 1+x ) y=0
36. Encontre todos os valores de β para os quais todas as soluções de x 2 y ″+β y=0 tendem a zero quando x → 0.
Em cada um dos problemas de 17 a 34, encontre todos os pontos singulares da equação dada e determine se cada um deles é regular ou irregular.25. x+2 2 ( x–1 ) y ″+3 ( x–1 ) y '-2 ( x+2 ) y=0