Para cada uma das seguintes equações diferenciais, podemos determinar uma solução em série de potências em torno de x0 = 0 ? Além disso, se for o caso, qual o valor que você espera que tenha o raio de convergência de cada solução?
c. y'' + cos(x) * y = 0

Passo 1

Vamos entender o que a questão está pedindo. Temos a equação diferencial . O objetivo é determinar se é possível encontrar uma solução usando uma série de potências em torno de . Para isso, vamos usar o método de séries de potências e analisar o raio de convergência da série resultante.

Passo 2

Primeiro, lembramos que uma série de potências tem a forma . Vamos expandir os termos da equação diferencial nessa forma para encontrar os coeficientes .

Passo 3

Vamos expandir em série de potências. Sabemos que:
Isso nos ajudará a substituir na equação diferencial.

Passo 4

Substituímos a expansão de e a série de potências de na equação diferencial:

Passo 5

Calculamos as derivadas de :
Para alinhar as potências de , fazemos uma mudança de índice:

Passo 6

Substituímos e na equação:
Agora, agrupamos os termos com a mesma potência de .

Passo 7

Para que a equação seja satisfeita para todo , os coeficientes de cada potência de devem ser iguais a zero. Isso nos dá uma relação de recorrência para os coeficientes :

Passo 8

Resolvemos a relação de recorrência para encontrar os coeficientes . Geralmente, começamos com condições iniciais como e para determinar e , e então usamos a recorrência para encontrar os demais coeficientes.

Passo 9

Para determinar o raio de convergência da série, observamos que a série para tem raio de convergência infinito. Como a equação diferencial não introduz singularidades adicionais, a série de potências para também terá raio de convergência infinito.

Resposta

Sim, podemos determinar uma solução em série de potências para a equação diferencial em torno de , e o raio de convergência da série é infinito.

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Em cada uma das seguintes equações diferenciais, determine uma cota inferior para o raio de convergência da solução em série de potências em torno do ponto x_0 dado.
b. y'' - x y' - y = 0, x0 = 1,
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b. {y' = 1 + y^2, y(0) = 0}
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© Em que posição a partícula encontra-se quando t = -10 ?