Enunciado

Resolva a equação (overset(˙)(x) = (d x)/(d t) e overset(¨)(x) = (d^2 x)/(d t^2))

a ) (d^2 x)/(d t^2) + 2 (d x)/(d t) + 5 x = 0

Passo 1

Se usarmos, para esse caso que x = e^(lambda t) -> overset(˙)(x) = lambda e^(lambda t) -> overset(¨)(x) = lambda^2 e^(lambda t) , assim:

overset(¨)(x) + 2 overset(˙)(x) + 5 x = 0 -> lambda^2 e^(lambda t) + 2 lambda e^(lambda t) + 5 e^(lambda t) = e^(lambda t) (lambda^2 + 2 lambda + 5) = 0

e^(lambda t) (lambda^2 + 2 lambda + 5) = 0 -> lambda^2 + 2 lambda + 5 = 0

Vamos usar Teorema de bháskara, sendo:

lambda^' e lambda " = (- b +- sqrt(b^2 - 4 a c))/(2 a)

Para o caso dado só temos a = 1 , b = 2 e c = 5 , assim:

lambda^' e lambda " = (- 2 +- sqrt(2^2 - 4 (1) (5)))/(2 (1)) = - 1 +- (sqrt(- 16))/(2)

Passo 2

Como bem sabemos, não podemos ter valores negativos dentro da raíz para valores reais, para que faça sentido vamos lembrar que i^2 = - 1 :

- 1 +- (sqrt(16 i^2))/(2) = - 1 +- (sqrt(( 4 i )^2))/(2) = - 1 +- (4)/(2) i = - 1 +- 2 i

Passo 3

Identificados os valores de lambda , podemos Agora reescrever o x pelo teorema que diz que se temos duas raízes lambda_1 e lambda_2 da equação característica (ou seja, a função lambda^2 + b lambda + c = 0 ), então se lambda_1 e lambda_2 são números complexos podemos afirmar que:

x (t) = e^(alpha t) [A cos beta t + B sin beta t] (A , B ϵ R)

Lembrando que: lambda = alpha +- beta i

Para o nosso caso: alpha = - 1 e beta = 2

Assim, substituindo os valores de alpha e beta :

x (t) = e^(- 1 t) [A cos 2 t + B sin 2 t]

Resposta

x (t) = e^(- 1 t) [A cos 2 t + B sin 2 t]

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Determine a solução do problema.b) d 2 x d t 2 - 2 d x d t = 0 ,x 0 = 0ex ' 0 = 1
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