Transforme a equação dada em um sistema de equações de primeira ordem:

u'' + 0,5 u' + 2 u = 3 sen(t)

Passo 1

Vamos começar esclarecendo o que é um sistema de primeira ordem. Tudo bem?

Um sistema de equações de primeira ordem é um sistema que depende apenas da primeira derivada de uma função. Como você pode ver a nossa equação depende da segunda derivada de u ( t ) , então é uma equação de segunda ordem. Então, o que iremos fazer é tentar transformar esta equação em um sistema de equações que dependam apenas da primeira derivada de uma função. Vamos lá???

Passo 2

Vamos começar definindo duas novas funções:

x 1 t = u ( t )

x 2 t = u ' ( t )

Então nossa equação fica:

u ' ' + 0,5 u ' + 2 u = 3 s e n ( t )

u ' ' + 0,5 u ' + 2 u = 3 s e n ( t )

x 2 ' + 0,5 x 2 + 2 x 1 = 3 s e n ( t )

Passo 3

Legal. Chegamos à primeira equação do sistema. Mas como você pode ver agora a equação tem duas variáveis, então para chegar à solução do sistema precisamos definir mais uma equação.

Nós definimos anteriormente que:

x 1 t = u ( t )

x 2 t = u ' ( t )

Então x 2 pode ser escrito como:

x 2 t = x 1 ' ( t )

E o nosso sistema de equações de primeira ordem é:

x 2 t - x 1 ' t = 0 x 2 ' + 0,5 x 2 + 2 x 1 = 3 s e n ( t )

Resposta

O sistema de equações é:

x 2 t - x 1 ' t = 0 x 2 ' + 0,5 x 2 + 2 x 1 = 3 s e n ( t )

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