Enunciado
Cálculo - Cálculo Volume 2 - 7ª Edição - James Stewart- Ed: 7º - Capítulo 17.1 - Ex. 29
Resolva o problema de valor de contorno, se possível.
Passo 1
Olá, tudo bem? Essa é uma equação diferencial de segunda ordem com coeficientes constantes (pois todos os coeficientes são constantes kkk) e é homogênea, ou seja, o lado direito da equação é zero.
Passo 2
Com isso, vamos supor uma solução do tipo:
O processo para determinar é sempre o mesmo: derivar uma e depois duas vezes e substituir na equação. Vamos lá?
As derivadas:
Agora vamos substituir na equação diferencial:
Dividindo essa equação por temos:
Essa é a famosa equação característica, responsável por determinar se a solução vai ser exponencial pura, um polinômio ou até mesmo uma solução oscilatória. Tudo isso depende das raízes dessa equação.
Passo 3
Para determinar essas raízes, vou tirar um fator comum:
Aqui temos que o produto de dois fatores é zero, então pelo menos um deles deve ser zero.
Assim temos duas soluções distintas:
ou
E a solução vai ser do tipo exponencial:
Show! Agora vamos aplicar as condições iniciais?
Passo 4
As duas condições de contorno são:
A primeira condição de contorno nos diz que . Aplicando na solução do passo temos:
A segunda condição de contorno é . Então, substituindo em temos:
Mas sabemos que , certo? Então vamos substituir ali em cima:
E agora podemos determinar também :
Show! Agora que temos os valores das duas constantes podemos substituir na solução tentativa e correr pro abraço! Saca só:
Por enquanto é isso pessoal, espero ter ajudado ;)
Beleza?
Vamos pra próxima?