Enunciado

Em cada um dos problemas de 9 a 14, encontre a solução geral do sistema de equações dado.

x ' = 1 - 1 4 3 2 - 1 2 1 - 1 x

Passo 1

Primeiramente vamos encontrar os autovalores dessa matriz:

det ⁡ 1 - r - 1 4 3 2 - r - 1 2 1 - 1 - r = 0

O que nos deixa com uma equação característica igual a:

1 - r 2 - r - 1 - r - 8 2 - r + 3 - 1 - r + ( 1 - r )

- r 3 + 2 r 2 + 5 r - 6 = 0

Cujas raízes são

r 1 = - 2 ; r 2 = 1 ; r 3 = 3

Macete, chuta r = 1 e depois diminua a ordem dessa expressão por Briot-Ruffini

Passo 2

Para r = 1 teremos o seguinte autovetor:

1 - 1 - 1 4 3 2 - 1 - 1 2 1 - 1 - 1 ξ 1 ξ 2 ξ 3 = 0

0 - 1 4 3 1 - 1 2 1 - 2 ξ 1 ξ 2 ξ 3 = 0

Pela primeira linha vemos que:

- ξ 2 + 4 ξ 3 = 0 → ξ 2 = 4 ξ 3

Portanto dois valores que solucionariam seriam ξ 3 = 1 e ξ 2 = 4 , agora substituindo no resultado da segunda linha nós teríamos:

3 ξ 1 + ξ 2 - ξ 3 = 0

3 ξ 1 + 4 - 1 = 0 → ξ 1 = - 1

Então o autovetor associado a r = 1 será:

ξ = - 1 4 1

Nos dando uma solução igual a:

x 1 = c 1 - 1 4 1 e t

Passo 3

Agora o autovetor associado para r = - 2 será:

1 + 2 - 1 4 3 2 + 2 - 1 2 1 - 1 + 2 ξ 1 ξ 2 ξ 3 = 0

3 - 1 4 3 4 - 1 2 1 1 ξ 1 ξ 2 ξ 3 = 0

Nos dando um sistema igual a:

3 ξ 1 - ξ 2 + 4 ξ 3 = 0 → ξ 2 = 3 ξ 1 + 4 ξ 3

3 ξ 1 + 4 ξ 2 - ξ 3 = 0

2 ξ 1 + ξ 2 + ξ 3 = 0

Substituindo a relação encontrada na parte quadriculada na terceira equação nós teremos:

5 ξ 1 + 5 ξ 3 → ξ 1 = - ξ 3

Portanto uma solução para esses sistema será ξ 1 = 1 e ξ 3 = - 1 e se substituirmos na equação que está emoldurada nós teremos um valor de ξ 2 igual a:

ξ 2 = 3 - 4 = - 1

Nos dando então um autovetor igual a:

ξ 2 = 1 - 1 - 1

E uma solução para esse autovetor igual a:

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

Passo 4

Agora para finalizar vamos calcular o autovetor associado para r = 3

1 - 3 - 1 4 3 2 - 3 - 1 2 1 - 1 - 3 ξ 1 ξ 2 ξ 3 = 0

- 2 - 1 4 3 - 1 - 1 2 1 - 4 ξ 1 ξ 2 ξ 3 = 0

Nos dando um sistema igual a:

- 2 ξ 1 - ξ 2 + 4 ξ 3 = 0

3 ξ 1 - ξ 2 - ξ 3 = 0

2 ξ 1 + ξ 2 - 4 ξ 3 = 0 → ξ 2 = 4 ξ 3 - 2 ξ 1

Substituindo a equação destacada na segunda equação nós teremos:

3 ξ 1 - 4 ξ 3 + 2 ξ 1 - ξ 3 = 0

5 ξ 1 - 5 ξ 3 = 0 → ξ 1 = ξ 3

Portanto uma solução para esse sistema será:

ξ 1 = ξ 3 = 1

E se substituirmos esses números na equação que está emoldurada nós teremos:

ξ 2 = 4 - 2 = 2

Nos dando um autovetor igual a:

ξ = 1 2 1

Portanto a solução para esse autovalor será:

x 3 = c 3 1 2 1 e 3 t

Nos dando uma solução geral igual a:

x = c 1 - 1 4 1 e t + c 2 1 - 1 - 1 e - 2 t + c 3 1 2 1 e 3 t

Resposta

x = c 1 - 1 4 1 e t + c 2 1 - 1 - 1 e - 2 t + c 3 1 2 1 e 3 t

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