Enunciado

Encontre f .

f ' ' x = e x - 2 sen ⁡ x ,                 f 0 = 3 ,         f π 2 = 0

Passo 1

Fala aí, tudo certinho com você?

Bom, essa questão pede pra gente encontrar a função f x , sabendo que sua derivada de segunda ordem é dada por

f ' ' x = e x - 2 sen ⁡ x

Além disso também sabemos que

f 0 = 3 ,         f π 2 = 0

Vamos lá, para achar f vamos ter que achar a antiderivada geral, sabemos que uma função F é chamada de antiderivada de f em um intervalo I se:

F ' x = f x

para todo x em I .

Ou seja, queremos saber qual é a função que quando derivamos, resulta nessa f ' x que o enunciado deu pra gente,

E se F é uma antiderivada de f nesse intervalo, então a antiderivada mais geral de f em I é:

F x + C

onde C é uma constante qualquer.

Para o nosso caso, usaremos a informação do ponto conhecido

f 0 = 3 ,         f π 2 = 0

Aplicando diretamente na função, e isso ajudará a gente a descobrir o valor dessa constante C .

Pronto, então vamos achar a antiderivada, pra isso temos que achar uma função que derivando f ' nós encontramos F .

Para achar f vamos ter que achar a antiderivada duas vezes, vamos lá!

Passo 2

Nossa informação inicial é de que:

f ' ' x = e x - 2 sen ⁡ x

Então precisamos lembrar que a antiderivada da função sen ⁡ x é:

- cos ⁡ x

E da exponencial e x é da forma:

e x

Sendo assim, basta aplicar esses valore a nossa derivada de segunda ordem para acharmos a derivada de primeira ordem. Assim:

f ' x = e x - 2 - cos ⁡ x + C

Ou melhor:

f ' x = e x + 2 cos ⁡ x + C

Maravilha

Passo 3

Vamos agora vamos antiderivar mais uma vez, dessa vez aplicando em f ' x , usando as fórmulas de antiderivada do passo 2 , e lembrando que a antiderivada do cos ⁡ x é dada por:

sen ⁡ x

Assim:

f x = e x + 2 sen ⁡ x + C x + D

Perceba que temos dois valores desconhecidos, que são nossas constantes de integração.

Passo 4

Agora vamos usar as informações que o enunciado nos deu para encontrar o valor dessas constante.

Usando os pontos f 0 = 3 e f π 2 = 0 para achar o valor de C e D , teremos,

Para:

f 0 = 3

f x = e x + 2 sen ⁡ x + C x + D

f 0 = e 0 + 2 sen ⁡ 0 + C ⋅ 0 + D = 3

O que nos dá:

1 + D = 3

Com:

D = 2

E para

f π 2 = 0

Teremos:

f π 2 = e π 2 + 2 sen ⁡ π 2 + C ⋅ π 2 + D = 0

Que nos dará:

e π 2 + 2 ⋅ 1 + π 2 C + 2 = 0

C = - 4 - e π 2 π 2

C = - 2 π 4 + e π 2

Maravilha.

Agora, basta substituir o valor de C e D na expressão:

f x = e x + 2 sen ⁡ x + C x + D

f x = e x + 2 sen ⁡ x + - 2 π 4 + e π 2 x + 2

E prontinho, achamos f !!

Resposta

f x = e x + 2 sen ⁡ x + - 2 π 4 + e π 2 x + 2

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