Enunciado
Cálculo - Cálculo Volume 2 - 8ª Edição - James Stewart- Ed: 8º - Capítulo 9.4 - Ex. 11
Um modelo para a propagação de um boato é que a taxa de propagação é proporcional ao produto da fração da população que ouviu o boato pela fração que não ouviu o boato.
(a) Escreva uma equação diferencial que seja satisfeita por .
(b) Resolva a equação diferencial.
(c) Uma cidade pequena tem habitantes. Às horas, pessoas tinham ouvido o boato. Ao meio-dia, metade da cidade tinha ouvido o boato. A que horas da população terá ouvido o boato?
Passo 1
(a) Ei, pessoal! Fiquei sabendo que vamos ter que formular uma equação diferencial pra descrever o boato, heim.
Primeiro, quem é ? Não é a quantidade de pessoas que ouviram o boato! O enunciado nos contou que é a fração da população que já ouviu o boato. Sendo assim, a taxa de propagação desse boato é certo?
Ele também nos disse que essa taxa é proporcional à fração e também proporcional à fração da população que não ouviu o boato. Então:
pois somando as duas frações de população tem que dar , né?
Passo 2
(b) Agora a gente resolve a equação diferencial. Ela é separável, não parece ser tão difícil de resolver, mas facilitamos ainda mais a nossa vida quando percebemos que ela é uma equação diferencial logística:
cuja resolução nos dá:
Comparando as duas equações, temos que, no caso do boato, . Então nossa resolução fica assim, ó:
Passo 3
(c) Agora a gente tem uma situação de boato numa cidade com habitantes. Sabemos que pessoas já tinham ouvido o boato às da manhã. Isso é equivalente a dizer, nesse horário inicial, tínhamos uma fração de pessoas que ouviram o boato. Vamos usar isso de uma vez pra calcular :
Também temos a informação de que às horas, era a fração de pessoas que já tinham ouvido o boato. Vamos usar isso pra calcular a constante , lembrando que é medido em horas passadas a partir de h. Então:
Agora sim estamos prontos pra responder a que horas da população já tinha ouvido o boato! Vamos isolar na equação , beleza?
Isso nos dá o seguinte horário exato:
Resposta
(a)
(b)
(c) 15:36