Resolva o problema de valor inicial.

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse problema de valor inicial que envolve uma equação diferencial de segunda ordem. A equação que temos é:
Com as condições iniciais:
Para resolver isso, vamos precisar usar métodos de equações diferenciais lineares, especificamente encontrar a solução geral da equação homogênea associada e depois uma solução particular para a equação completa.

Passo 2

Primeiro, resolvemos a equação homogênea associada:
Para resolver isso, encontramos a equação característica:
Resolvendo essa equação quadrática:
Então, as raízes são:
Assim, a solução geral da equação homogênea é:

Passo 3

Agora, precisamos encontrar uma solução particular ( ) para a equação completa:
Como o lado direito é um polinômio de grau 3, vamos assumir que a solução particular também é um polinômio de grau 3:
Calculamos as derivadas:
Substituímos na equação diferencial:
Simplificando:
Igualando os coeficientes dos mesmos termos:
Então, a solução particular é:

Passo 4

A solução geral da equação completa é a soma da solução homogênea e da solução particular:

Passo 5

Agora, aplicamos as condições iniciais para encontrar e .
Primeira condição:
Segunda condição:
Primeiro, calculamos :
Aplicando :
Agora temos o sistema de equações:
Resolvendo o sistema:
Multiplicamos a primeira equação por 3:
Somamos com a segunda equação:
Substituindo na primeira equação:

Resposta

A solução do problema de valor inicial é:

Exercícios relacionados

Calcule a integral de superfície de cada uma das funcções reais ao longo da superfície (de parametrização ) dadas.
Resolva o problema de valor inicial.
Escreva a forma apropriada de uma solução particular da equação dada:
onde é um número real dado;
Calcule a integral de superfície de cada uma das funcões vetoriais : ao longo da superfície (de parametrização ) dadas.