Enunciado

Nos problemas 1-26, use a Transformada de Laplace para resolver a equação diferencial dada sujeita às condições iniciais indicadas. Quando apropriado, escreva f em termos de funções degrau unitário

y ( 4 ) - y = 0 ,       y 0 = 1 ,   y ' 0 = 0 ,   y ' ' 0 = - 1 ,   y ' ' ' 0 = 0

Passo 1

Oii, como vai? Vamos lá matar esse probleminha

Temos a equação diferencial:

y ( 4 ) - y = 0 ,       y 0 = 1 ,   y ' 0 = 0 ,   y ' ' 0 = - 1 ,   y ' ' ' 0 = 0

Mas não vamos usar aqueles conceitos antigos para resolver essas equações ok? Vamos utilizar a Transformada de Laplace

Então, vamos fazer a transformada de Laplace da nossa equação, isolar o Y ( s ) e aí depois encontramos a transformada inversa, para termos y ( t )

Mas antes de começarmos, vamos lembrar algumas Transformadas de Laplace:

L y t = Y ( s )

L y ' t = s . Y s - y ( 0 )

L y ' ' t = s 2 . Y s - s . y 0 - y ' ( 0 )

L 1 = 1 s

L t n = n ! s n + 1

L e α t = 1 s - α

L c o s ⁡ ( k t ) = s s 2 + k ²

L s e n ⁡ ( k t ) = k s 2 + k ²

Vamos lá então?

Passo 2

Vamos fazer a Transformada de Laplace da equação:

y 4 - y = 0

s 4 . Y s - s 3 . y 0 - s 2 . y ' 0 - s . y ' ' 0 - y ' ' ' ( 0 ) - Y ( s ) = 0

Sabemos do enunciado que y 0 = 1 ,   y ' 0 = 0 ,   y ' ' 0 = - 1 ,   y ' ' ' 0 = 0

s 4 . Y s - s 3 . 1 - s 2 . 0 - s . ( - 1 ) - 0 - Y ( s ) = 0

s 4 . Y s - s 3 + s - Y ( s ) = 0

Y s . s 4 - Y s = s 3 - s

Colocando Y ( s ) em evidência:

Y s . ( s 4 - 1 ) = s 3 - s

Y s = s 3 - s ( s 4 - 1 )

Y s = s s 2 + 1

Agora precisamos encontrar a transformada inversa disso ok?

Passo 3

Temos

Y s = s s 2 + 1

Fazendo a transformada inversa, de acordo com as informações do passo 1, temos

y t = c o s ⁡ ( t )

Resposta

y t = c o s ⁡ ( t )

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