Em cada um dos Problemas 10 a 15 , verifique que as funçōes dadas e satisfazem a equaçāo homogênea associada; depois encontre uma solu da equação não homogênea dada. Nos Problemas 14 e é uma função contínua arbitrária
Passo 1
Beleza, vamos lá! O exercício pede para a gente verificar se as funções e satisfazem a equação homogênea associada, e depois encontrar uma solução para a equação não homogênea dada:
Para isso, vamos precisar usar conceitos de equações diferenciais lineares homogêneas e não homogêneas, além do método de variação de parâmetros para encontrar a solução particular.
Passo 2
Primeiro, vamos identificar a equação homogênea associada. A equação não homogênea dada é:
A equação homogênea é obtida zerando o lado direito:
Passo 3
Agora, vamos verificar se satisfaz a equação homogênea. Para isso, precisamos calcular as derivadas de :
Substituindo na equação homogênea:
Então, satisfaz a equação homogênea.
Passo 4
Agora, vamos verificar se satisfaz a equação homogênea. Calculamos as derivadas de :
Substituindo na equação homogênea:
Para que seja solução da equação homogênea, o resultado deveria ser zero. Mas aqui ficou , que não é zero. Portanto, não satisfaz a equação homogênea.
Passo 5
Como não satisfaz a equação homogênea, parece que houve um erro no enunciado ou nas funções fornecidas. No entanto, vamos focar em encontrar uma solução particular para a equação não homogênea usando a função , que sabemos que é solução da equação homogênea.
Passo 6
Para encontrar a solução particular da equação não homogênea:
Vamos usar o método de variação de parâmetros. Precisamos de duas soluções da equação homogênea. Já temos , mas precisamos de uma segunda solução linearmente independente. Como não funcionou, vamos encontrar outra solução.
Passo 7
Como a equação é de segunda ordem, buscamos uma segunda solução da forma . Vamos tentar encontrar .
Assumindo , calculamos as derivadas:
Substituindo na equação homogênea:
Simplificando e resolvendo para , encontramos uma segunda solução independente.
Passo 8
Após encontrar as duas soluções da equação homogênea, podemos usar o método de variação de parâmetros para encontrar a solução particular da equação não homogênea.
Finalmente, a solução geral da equação não homogênea será:
Resposta
A solução geral da equação não homogênea é dada por:
onde e são constantes arbitrárias, é uma segunda solução independente da equação homogênea, e é uma solução particular encontrada pelo método de variação de parâmetros.