Uma equação que tem a forma

t^2 * y'' + α * t * y' + β * y = 0, t > 0

Onde alpha e beta são constantes reais, é denominada equação de Euler. Verifique que a substituição x = ln(t) (defina v(x) = y(t(x)) = y(e^t) ) transforma a equação dada na equação com coeficientes constantes

v'' + (α - 1)v' + βv = 0.

Desde que a equação em v(x) é de 2^a ordem linear com coeficientes constantes, podemos resolvê-la e determinar v(x) , consequentemente obtemos y(t) = v(ln(t)) .

Para cada um dos casos (duas raízes reais e distintas, uma raiz real dupla e duas raízes complexas conjugadas) escreva a solução geral y(t) .

Resolva as seguintes equações de Euler:

b) t^2 * y'' - 4t * y' + 6y = 0.

Passo 1

Fala, galera! Vamos resolver essa questão!

O enunciado pediu pra gente resolver a equação de Euler t 2 y ' ' - 4 t y ' + 6 y = 0 . O próprio enunciado já nos diz que ela tem a forma geral t 2 y ' ' + α t y ' + β y = 0 ,     t > 0 . Daí, na resolução desse tipo de equação, nós vamos sempre acabar nos deparando com um polinômio característico:

r 2 + α - 1 r + β = 0

Depois disso, a gente precisa descobrir os valores de r e finalmente encontrar a solução. Observe que a gente tem uma equação do segundo grau aí, então três tipos de solução estarão disponíveis:

- Se tivermos duas raízes reais e distintas ( r 1 ≠ r 2 ), nossa solução terá a forma:

y t = c 1 t r 1 + c 2 t r 2

- Se tivermos duas raízes reais e iguais ( r 1 = r 2 = r ), nossa solução é do tipo:

y t = c 1 t r + c 2 t r ln ⁡ t

- E se temos raízes complexas ( r = λ ± μ i ), nossa solução terá a forma:

y t = t λ ( c 1 cos ⁡ μ ln ⁡ t + c 2 sin ⁡ ( μ ln ⁡ t ) )

Então, vamos verificar em qual dos casos cai nossa EDO e encontrar nossa solução.

Vamos lá!

Passo 2

Nossa EDO é dada por:

t 2 y ' ' - 4 t y ' + 6 y = 0

Como α = - 4 e β = 6 , nossa equação característica será dada por:

r 2 + α - 1 r + β = 0

r 2 + - 4 - 1 r + 6 = 0

Simplificando:

r 2 - 5 r + 6 = 0

Resolvendo essa equação do segundo grau, usando Bháskara, temos:

r = 5 ± 25 - 24 2 = 5 ± 1 2

r 1 = 3             e           r 2 = 2

Então, temos duas raízes reais e distintas. Dessa forma, nossa solução será do tipo:

y t = c 1 t r 1 + c 2 t r 2

Substituindo r 1 = 3 e r 2 = 2 , temos:

y t = c 1 t 3 + c 2 t 2

Valeu, galera! Até a próxima! 😉

Resposta

y t = c 1 t 3 + c 2 t 2

Exercícios de Livros Relacionados