Enunciado
Cálculo - Boyce - Equações Diferenciais - Ed: 10º - Capítulo 7.9 - Ex. 11
Em cada um dos problemas de 1 a 12, encontre a solução geral do sistema de equações dado.
Passo 1
Primeiramente vamos determinar os autovalores e autovetores do sistema, determina a solução geral para um sistema homogêneo e por final iremos trabalhar com sistema não homogêneo.
Determinado os autovalores e autovetores:
Para isto utilizaremos a seguinte relação:
Em que os autovalores serão as raízes do .
Determinando os autovalores:
Tendo as raízes:
Vamos agora determinar o autovetor associado, colocando , temos:
Reduzindo o sistema para:
Para :
Vamos agora determinar o autovetor associado a segunda solução do sistema homogêneo. Colocando , temos:
Reduzindo o sistema para:
Para :
Caso o sistema fosse homogêneo a solução geral seria:
Passo 2
Agora vamos determinar a solução para um sistema não homogêneo, que é objetivo do exercício:
Primeiramente vamos escrever a matriz que é formada pelos autovetores associados matriz inicial, e calcularemos a inversa de .
Determinado a aí inversa de , invertendo a posição dos itens diagonal principal, invertendo o sinal da outra diagonal e sendo multiplicado pelo inverso de seu determinante, temos:
Antes de tudo amos verificar que:
Para determinar a solução não homogênea deste sistema, iremos determinar a matriz fundamental do sistema, para assim determinar a solução não homogenia e por final teremos resultado desejado.
Como:
Dividindo a solução acima pela parte real e imaginária temos:
Em que e
E como as raízes características do sistema é um par complexo conjugado e também irão ser um par complexo conjugado.
Temos que a solução geral da equação homogênea fica, .
Portanto a matriz fundamental é:
Passo 3
Para encontrar uma solução para o problema inicial, nós iremos aplicar o método da variação de parâmetros . Desde que nós possuamos a matriz fundamental, coisa que nós já determinamos não é mesmo, então vamos prosseguir.
Antes de tudo temos que terminar a matriz inversa da matriz fundamental pois,
E a solução final é , então vamos prosseguir:
Temos que:
Determinando :
Finalmente podemos determinar a solução final:
Efetuando a multiplicação temos: