Considere a equação
- Mostre que é ponto ordinário dessa equação.
- Determine a relação de recorrência dos coeficientes da solução em série dessa equação em torno do ponto .
- Determine os primeiros quatro termos não nulos da solução que satisfaz e .
Passo 1
Temos:
e
Pronto! Podemos chamar o ponto de ordinário.
Passo 2
A solução em série da equação ao redor do ponto ordinário é:
Para encontrar a relação de recorrência, precisamos também de calcular tanto a primeira quanto a segunda derivada:
E substituímos essas belezinhas na EDO
Para chegar a uma única série, a gente vai ter que trabalhar um pouquinho em cima dessas séries fazendo duas coisas:
- Colocar as séries sobre a mesma potência .
- E coloca-las começando do mesmo ponto!
Passo 3
Vamos então coloca-las sob a mesma potência! Por sorte, só precisamos alterar a primeira série.
Para fazer isso, podemos realizar uma mudança de variável:
Assim, quando , e quando , também é!
Como é apenas um nome de uma variável, podemos nomeá-lo novamente de ficando com...
Passo 4
Agora vamos coloca-las começando de um único . No caso, de ...
Em relação à primeira:
Em relação ao último somatório...
Logo...
Passo 5
Vamos juntar os somatórios colocando o em evidência e agrupar os termos soltos.
Para isso tudo ser , os termos livres tem que ser igual a :
Enquanto que os coeficientes na frente de também tem que zerar:
Passo 6
Para encontrar as relações de recorrência, basta fazer:
Veja que essa relação até mesmo nos indica que , basta substituir !
Passo 7
Aplicando as condições iniciais na nossa solução, vamos encontrar isso aqui:
e
Agora, da relação de recorrência, você já vai tirar de letra que todo termo de índice ímpar é nulo!
Já os primeiros quatro termos, não-nulos, de índices pares vão ser
Resposta
- O ponto de ordinário
- A relação de recorrência é
(c ) Os primeiros quatro termos não-nulos