Enunciado

Nos problemas 11-22, mostre que as raízes indiciais não diferem por um inteiro. Use o método de Frobenius para obter duas soluções seriais linearmente independentes em torno do ponto singular regular x 0 = 0 . Encontre a solução geral em ( 0 ,   ∞ ) .

2 x y ' ' - y ' + 2 y = 0

Passo 1

Salveee, vamos lá?

Vamos utilizar y = ∑ n = 0 ∞ c n x n + r na nossa equação diferencial:

2 x y ' ' - y ' + 2 y = 2 r 2 - 3 r c 0 x r - 1 + ∑ k = 1 ∞ 2 k + r - 1 k + r c k - k + r c k + 2 c k - 1 x k + r - 1 = 0

Igualando os termos dos dois lados, temos

2 r 2 - 3 r = 0 → r . 2 r - 3 = 0

2 k + 2 r - 2 k + r c k + 2 c k - 1 = 0

Assim, as nossas raízes indiciais são r = 0 e r = 3 2

Passo 2

Temos as raízes indiciais r = 0 e r = 3 2

Usando r = 0 , temos

c k = - 2 c k - 1 k 2 k - 3 ,   k = 1,2 , 3 …

E então:

c 1 = 2 c 0

c 2 = - 2 c 0

c 3 = 4 9 c 0

Enquanto para r = 3 2 temos:

c k = - 2 c k - 1 k 2 k + 3 ,   k = 1,2 , 3 …

Então:

c 1 = - 2 5 c 0

c 2 = 2 35 c 0

c 3 = - 4 945 c 0

Então, nossa solução geral é

y = C 1 . 1 + 2 x - 2 x 2 + 4 9 x 3 + … + C 2 . x 3 2 . 1 - 2 5 x + 2 35 x 2 - 4 945 x 3 + …

Resposta

y = C 1 . 1 + 2 x - 2 x 2 + 4 9 x 3 + … + C 2 . x 3 2 . 1 - 2 5 x + 2 35 x 2 - 4 945 x 3 + …

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