Enunciado
Cálculo - Boyce - Equações Diferenciais - Ed: 10º - Capítulo 7.6 - Ex. 31e
Considere o sistema com duas massas e três molas cujas equações de movimento são as Eqs.
(22) no texto. Suponha que .
(a) Como no texto, transforme o sistema em quatro equações de primeira ordem da forma Determine a matriz de coeficientes .
(b) Encontre os autovalores e autovetores de .
(c) Escreva a solução geral do sistema.
(d) Descreva os modos fundamentais de vibração. Para cada modo fundamental, desenhe
gráficos de y1 e de y2 em função de t. Desenhe, também, as trajetórias correspondentes nos
planos e .
(e) Considere as condições iniciais . Calcule as constantes arbitrárias na
solução geral do item (c). Desenhe gráficos de y1 e de y2 em função de t. Você acha que a
solução é periódica? Desenhe, também, as trajetórias correspondentes nos planos e .
(f) Considere outras condições iniciais de sua escolha e desenhe gráficos semelhantes aos
pedidos no item (e).
Passo 1
e) vamos lá, temos a solução geral executada já no item (c) e agora temos um problema de valor inicial.
Temos que:
Trazendo da solução do item (c):
Aplicando , temos:
E teremos o seguinte sistema:
Resolvendo este sistema, por meio de substituição, temos as seguintes soluções:
A solução será aperiódica, pois e possuem períodos de e e possuem um período de .
Se os dois períodos se encontrassem nós teríamos:
Por algum fator e , teríamos:
Oque seria um número irracional = um número racional, oque é uma contradição matemática.
Passo 2
Após o calculo do problema de valor inicial, temos que desenhar os gráficos das soluções, vamos lá.
Gráfico de :
Gráfico de :
Passo 3
Desenhando os gráficos das trajetórias, no plano :
Temos também a trajetória no plano :
Resposta
A solução será aperiódica, pois e possuem períodos de e e possuem um período de .
Se os dois períodos se encontrassem nós teríamos:
Por algum fator e , teríamos:
Oque seria um número irracional = um número racional, oque é uma contradição matemática.