Enunciado
Cálculo - Dennis G. Zill - Equações Diferenciais - Vol 1- Ed: 3º - Capítulo 2.5 - Ex. 31
Nos problemas 1-40, encontre a solução geral para a equação diferencial dada. Especifique um intervalo no qual a solução geral é definida.
31.
Passo 1
Então pessoal, para esses problemas da seção 2.5 precisamos lembrar de algumas coisinhas, ok? Essa equação diferencial que nos foi dada é uma equação diferencial linear. O formato dessa equação é esse aqui:
No qual e são funções APENAS de . Caso a função não esteja escrita nesse formato, devemos manipular a equação a fim de deixa-la nesse formato padrão, belê? Show! O lado bom é que esse tipo de equação tem uma solução geral padrão, que é:
Eu sei, parece assustador essa solução, não é? Prometo que é só impressão!
Sendo assim, o que precisamos fazer é definir quem é e quem é e depois resolver essas integrais. Então mãos a obra!
Passo 2
A equação que nos foi dada é:
E então tiramos que:
Show!
Passo 3
Agora que encontramos e vamos substituir na nossa solução geral:
Para as integrais dos expoentes, teremos:
Substituindo:
Se simplificarmos o que é possível, chegaremos em:
Beleza! Resolvemos as integrais dos expoentes e simplificamos tudo. Agora que fizemos isso vamos para o último passo (AMÉM)!
Passo 4
O último passo da nossa resolução consiste em, obviamente, resolver essas últimas integrais que apareceram aí para complicar nossa vida. A primeira integral é:
O resultado dessa integral é bem conhecido, saca só:
Ok, primeira integral resolvida. A segunda integral é:
Para resolve-la precisamos realizar uma substituição simples. A substituição que vamos fazer será:
Substituindo:
Voltando para a variável , teremos:
Ok, segunda integral resolvida!
Passo 5
Agora que resolvemos todas as integrais que aparecem no problema (EU SEI, É CANSATIVO), basta substituirmos os resultados na solução geral:
E está aí nosso resultado!
OBS: Note que omitimos a constante arbitrária em todas as integrações que fizemos, mas isso só ocorre porque a constante já aparece na nossa solução geral, tudo bem? Se não aparecesse, precisaríamos colocar todas as constantes, mas ainda bem que não precisamos, não é? hahaha! 😉