Secção 5. Equações lineares não homogéneas.

Documentos relacionados
Por outras palavras, iremos desenvolver a operação inversa da derivação conhecida por primitivação.

Exame de Matemática II - Curso de Arquitectura

EXAME NACIONAL DO ENSINO SECUNDÁRIO

Limite e Continuidade

Cap. 6. Definição e métodos de resolução do problema de valores de fronteira

Função par e função ímpar

Capítulo 2. Integrais de linha. 2.1 Independência do caminho nas integrais de linha

VIGAS. Figura 1. Graus de liberdade de uma viga no plano

Solução dos exercícios do capítulo 2, pp (a) Expansão isotérmica de um gás ideal. Trabalho: pdv = NRT 1

Invertendo a exponencial

MATEMÁTICA 3 MÓDULO 1. Lógica. Professor Renato Madeira

ANÁLISE COMPLEXA E EQUAÇÕES DIFERENCIAIS AULA TEÓRICA DE ABRIL DE 2016

Apontamentos de Álgebra Linear

Márcio Nascimento. 19 de fevereiro de 2018

Valores e vectores próprios

ANÁLISE COMPLEXA E EQUAÇÕES DIFERENCIAIS AULA TEÓRICA DE ABRIL DE 2011

Rememorando. Situação-problema 5. Teorema do Limite Central. Estatística II. Aula II

Projecto de Filtros Digitais IIR

Complementos de Cálculo Diferencial

Problema 5a by

Secção 2. Equações diferenciais de primeira ordem

Passos lógicos. Texto 18. Lógica Texto Limitações do Método das Tabelas Observações Passos lógicos 4

MATEMÁTICA COMENTÁRIO DA PROVA

9º ENTEC Encontro de Tecnologia: 23 a 28 de novembro de 2015

c) Repita as alíneas (a) e (b), admitindo que o investidor pretende agora obter um rendimento esperado de 12%.

2 Modelagem da casca cilíndrica

ANÁLISE COMPLEXA E EQUAÇÕES DIFERENCIAIS AULA TEÓRICA DE NOVEMBRO DE dt + a 0(t)y = 0

IST-2010/11-1 o Semestre-MArq Matemática I 1 o TESTE (VERSÃO A) 6 de Novembro de 2010

EDO III. por Abílio Lemos. 07, 09 e 14 de novembro de Universidade Federal de Viçosa. Departamento de Matemática UFV. Aulas de MAT

Na aula anterior vimos a noção de derivada de uma função. Suponha que uma variável y seja dada como uma função f de uma outra variável x,

Aritmética. Lei da Reciprocidade Quadrática

Toy models de supercondutores topológicos

11. Equilíbrio termodinâmico em sistemas abertos

APOSTILA DE MÉTODOS QUANTITATIVOS

EQUAÇÕES DIFERENCIAIS ORDINÁRIAS LINEARES

Análise de Sensibilidade. Fernando Nogueira Análise de Sensibilidade 1

Programação de um semáforo usando o método do grau de saturação

A Equação de Dirac. (, ) ψ (, ) ik. r i t. t r = Ae e ω

a velocidade de propagação da onda para montante. Admita que a largura do canal é b = 3 m e que a altura inicial do escoamento é h u = 2 m.

Equações Diferenciais de Segunda Ordem. Copyright Cengage Learning. Todos os direitos reservados.

Método de Gauss-Jordan e Sistemas Homogêneos

UNIVERSIDADE DE COIMBRA - FACULDADE DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE MATEMÁTICA ALGORITMO DO PONTO MÉDIO PARA

Aplicando a equação de Bernoulli de (1) a (2): A equação (1) apresenta quatro (4) incógnitas: p1, p2, v1 e v2. 2 z

Proposição 0 (Divisão Euclidiana): Dados a b, b b * existem q, r b unicamente determinados tais que 0 r < b e a = bq + r

RESISTÊNCIA DOS MATERIAIS 2 Marcel Merlin dos Santos

UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DE PERNAMBUCO DEPARTAMENTO DE FÍSICA E MATEMÁTICA

3. ANÁLISE DE DADOS EXPERIMENTAIS

CÁLCULO I Ano Lectivo o Semestre

de Coeficientes Constantes

Processo de ortogonalização de Gram-Schmidt. Mudança de Base. Doherty Andrade. DMA - F67 - Sala 205

Aula # 8 Vibrações em Sistemas Contínuos Modelo de Segunda Ordem

Seção 10: Redução de ordem de EDOLH s de 2 a ordem se for conhecida uma solução não trivial

Segunda aula de laboratório de ME4310. Primeiro semestre de 2014

Seção 15: Sistema de Equações Diferenciais Lineares Homogêneas com Coeficientes Constantes

Sistemas de Equações Lineares

Experiência 5 - Oscilações harmônicas forçadas

Microeconomia II - Gabarito Lista 3 - Monopólio

Departamento de Física - ICE/UFJF Laboratório de Física II

p L Os momentos nos apoios têm valor conhecido, apresentado em tabelas apropriadas, neste caso:

4 Cargas Dinâmicas 4.1 Introdução

Matemática E Extensivo V. 4

Aula 4 de Exercícios

Se tanto o numerador como o denominador tendem para valores finitos quando x a, digamos α e β, e β 0, então pela álgebra dos limites sabemos que.

Segunda aula de complemento de ME5330. Agosto de 2010

Somas de números naturais consecutivos

Sistemas de Equações Diferenciais Lineares

Problemas com Valores de Fronteira para Equações Diferenciais Ordinárias

Análise Complexa e Equações Diferenciais 1 ō Semestre 2016/2017

Fundamentos de Matemática Curso: Informática Biomédica

CAPITULO VI. LIMITES E CONTINUIDADE DE FUNÇÕES EM R n

Redes Neurais e Sistemas Fuzzy

Definição (6.1): Definimos equação diferencial como uma qualquer relação entre uma função e as suas derivadas.

INTRODUÇÃO À MATEMÁTICA FINANCEIRA

CIRCUITOS ELÉTRICOS APLICAÇÕES DAS EQUAÇÕES DIFERENCIAIS DA FORMA. Prof. Flávio A. M. Cipparrone. Escola Politécnica da USP

Sistemas de equações lineares

Uma Prova Vetorial da Fórmula de Heron

Complementos de Cálculo Diferencial

31 a Aula AMIV LEAN, LEC Apontamentos

O Mistério dos Chocalhos

matematicaconcursos.blogspot.com

CAPÍTULO 8. Exercícios Inicialmente, observamos que. não é série de potências, logo o teorema desta

Segunda aula de teoria de ME5330. Fevereiro de 2011

MICROECONOMIA II ( ) João Correia da Silva

20 TRANSFORMAÇÕES DAS TENSÕES

Carlos H. B. Gonçalves USP Brasil. Thomás A. S. Haddad USP Brasil. (aceito para publicação em junho de 2008) Resumo

Microeconomia II. Licenciaturas em Administração e Gestão de Empresas e em Economia

Determinantes - Parte 02

ESCOAMENTO ANUAL 1 DISTRIBUIÇÃO ESTATÍSTICA

Aula 5 Equação Diferencial de Segunda Ordem Linear e Coeficientes constantes:

FACULDADE DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA CURSOS DE ENGENHARIA

1. CORRENTE ALTERNADA

ALGA- 2005/ (i) det. 7 (ii) det. det (A) = a 11 a 22 a 33 a 44 a 55 a Calcule: (a) det

3.1 Cálculo de Limites

FICHA de AVALIAÇÃO de MATEMÁTICA A 12.º Ano de escolaridade Versão.4

r m b) 1 min 5 60 s s t a 5

Tópicos para a resolução do exame de Álgebra de 11 de Janeiro de 2000 (1ª Chamada)

COMPARAÇÃO DO DESEMPENHO ACADÊMICO DOS INGRESSANTES EM GEOGRAFIA PELO VESTIBULAR E PELO PAIES

Unidade 7. Integrais inde nidas. 7.1 Antiderivadas ou integrais inde nidas. Sendo f(x) e F (x) de nidas em um intervalo I ½ R, dizemos que

AULA 16 Esboço de curvas (gráfico da função

Transcrição:

Secção 5 Equações lineares não omogéneas Farlow: Sec 36 a 38 Vimos na secção anterior como obter a solução geral de uma EDO linear omogénea Veremos agora como resoler o roblema das equações não omogéneas O seguinte teorema ser-nos-á etremamente útil: Teorema Solução geral da equação não omogénea Se or uma solução articular qualquer da equação não omogénea: q e e orem duas soluções articulares linearmente indeendentes da equação linear omogénea corresondente q 0, então qualquer solução da equação não omogénea ode ser eressa na orma: C C Para o caso geral de uma EDO não omogénea de ordem n iria: C C C C 3 É bastante simles demonstrar este teorema Quer a solução geral, quer a solução articular, eriicam da EDO não omogénea: 3 n n q q Subtraindo uma equação ela outra: q 0 Ou seja, - é solução da equação omogénea Mas imos na secção anterior que a solução única da equação omogénea é: C C Logo: C C, cqd Podemos agora delinear a estratégica de resolução de uma EDO não omogénea: Encontrar a solução geral da equação omogénea corresondente : Página da Secção 5

q 0 C C Encontrar uma solução articular da equação não omogénea : q 3 Obter a solução geral da equação não omogénea : Mas e como encontramos a solução articular da equação não omogénea,? Vamos er alguns métodos que odem ermitir resonder a esta questão Método dos coeicientes indeterminados Este método alica-se a equações de coeicientes constantes em que o termo é uma eonencial, um olinómio, um seno, um coseno ou um roduto dessas unções Vamos ilustrar a sua alicação com alguns eemlos Eemlo é uma eonencial: 3e Usando um raciocínio semelante ao da Secção 4, concluímos que uma unção cuja combinação linear com as suas deriadas ossa gerar a eonencial é a rória eonencial Assim, ará sentido dizer que uma solução articular desta EDO não omogénea terá a orma: O coeiciente A é obtido or substituição de na EDO: Logo: 4 3 3e A 4 Página da Secção 5

3 e 4 E a solução geral da equação linear não omogénea será já tina sido obtido num eemlo da Secção 4: C e C e 3 e 4 Eemlo é um olinómio: 4 8 Se o resultado da combinação de com as suas deriadas é um olinómio de ordem n, então também deerá ser também um olinómio de ordem n: A B C Determinamos os coeicientes substituindo na EDO Primeiro calculamos e : Substituindo: A B A A 4A 4B 4C 8 4A 4B A 4C 8 4A 8 A 4B 0 B 0 A 4C 0 C Ou seja, a solução articular é: E a solução geral é já era conecido: C cos C sin Página 3 da Secção 5

Eemlo 3 é um seno ou um coseno: sin oderá ser a combinação linear de um seno com um coseno: Asin B cos Substituindo na EDO: Acos B sin Asin B cos Asin Bcos Asin Bcos sin Asin Bcos sin B 0 A E então: sin Logo a solução geral será: Ce Ce sin Podem surgir, or ezes, situações em que a resolução se comlica ligeiramente Vejamos um eemlo: 3e Tal como anteriormente, roomos que a solução articular terá a orma: Substituindo na EDO: Página 4 da Secção 5

4 0 3 Imossíel!!! 3e Cegamos a uma imossibilidade! Porquê? Acontece que é solução da equação omogénea corresondente, logo nunca oderia ser também solução da equação não omogénea: 0! Não nos aercebemos deste acto orque omos rocurar a solução articular da equação não omogénea antes de rocurar a solução geral da equação omogénea Normalmente, teríamos obtido rimeiro a solução geral da equação omogénea corresondente e detectado imediatamente o roblema Mas então, o que azer nestas circunstâncias? Teremos que adotar como solução articular: s α, em que s é o menor inteiro que az com que não ocorra também na solução da equação omogénea corresondente Para os restantes casos que imos anteriormente, corresondentes às outras ormas ossíeis de, deeremos usar: s A n B n s Asin B cos Vamos er mais um eemlo, em que iremos seguir o rocedimento comleto até cegar à solução geral: Eemlo Encontrar a solução geral de: e? A equação omogénea corresondente é: Página 5 da Secção 5

0 A equação característica é então: r r 0 r raiz dula Logo: C e 3 3 Ce C e Ce? e e e são soluções da equação omogénea Logo, terá que ser: 4 Substituindo na EDO obtemos: Portanto: A 4 4 A e E a solução geral será: C C e e Vamos considerar outro eemlo, um ouco mais geral: Eemlo 6 9 Primeiro resolemos a equação omogénea corresondente: m 6m 9 0 r 3 raiz dula Logo: 3 3 C e Ce A orma de deenderá da orma de Por eemlo: Página 6 da Secção 5

Preste articular atenção aos eemlos d e e a A B b e c cos Acos B sin d e cos e Acos Bsin e e cos A B e Ccos Dsin E se osse: 3 e? Iríamos roor: 3 A B e, certo? ERRADO! Reare que se tier esta orma, icaria então: 3 3 Be Mas quer e 3, quer e 3, são soluções da equação omogénea! Iríamos cair noamente numa imossibilidade! Vamos usar a técnica anterior e multilicar a solução roosta or : 3 3 A B e B e 3 não basta, ois olta a aer uma reetição: omogénea Voltando a multilicar or : e 3 aarece na solução da equação A B e 3 Agora não á de acto sobreosição Esta é a solução articular a adotar O método dos coeicientes indeterminados aresenta a óbia limitação de ser aenas alicáel a equações de coeicientes constantes Veremos a seguir uma outra técnica, mais genérica Método da ariação de arâmetros Este método alica-se a quaisquer EDOs lineares, de coeicientes constantes ou não Recordemos a orma geral da equação linear não omogénea de segunda ordem: Página 7 da Secção 5

Página 8 da Secção 5 q A solução geral da equação omogénea corresondente é: C C O método da ariação de arâmetros diz-nos que uma solução articular da equação não omogénea ode ser obtida a artir de, substituindo as constantes or unções desconecidas de : e são os tais arâmetros que teremos que determinar Como? Adiinaram! Substituímos na equação dierencial não omogénea e tentámos daí obter uma relação ou relações que nos ermita obter e Primeiro, amos calcular as deriadas de : Como temos duas incógnitas e sabemos de antemão que a substituição na EDO só nos irá roorcionar uma equação, teremos que arranjar uma equação adicional Parece lícito então rocurar uma relação que nos acilite o tratamento matemático Realmente, se na eressão da rimeira deriada obrigarmos a que: 0, esta icará simlesmente: E a segunda deriada irá: Substituindo na EDO: q q q As eressões entre arentes na equação anterior são nulas, uma ez que e são soluções articulares da equação omogénea Ficámos assim com: Forma da soluç ão articular - método da ar de arâmetros

Página 9 da Secção 5 Obtiemos assim duas relações que nos ermitem obter e : 0 Ou, na orma matricial: 0 Resolendo o sistema recorrendo à regra de Cramer obtemos: 0 0 d d Encontrar a solução geral da EDO: sin Começamos or resoler a equação omogénea A equação característica é: i m m ± 0 O que conduz a: C C cos sin Agora rocuramos uma solução articular da equação não omogénea É de notar que o método dos coeicientes indeterminados não se alica a esta EDO orquê? Vamos então alicar o método da ariação de arâmetros: cos sin Os arâmetros são determinados a artir do sistema: Eemlo

sin cos cos 0 sin sin sin cos 0 cos cos sin sin d sin d ln sin E então: sin 0 cos sin d d ln sin sin cos A solução geral da EDO ica assim: ln sin sin cos C sin C cos Em resumo: Resoler a eq linear não omogénea: q Obter a sol geral da eq omogénea corresondente, q 0, a artir da combinação linear de duas sol articulares linearmente indeendentes: C C se aenas conseguirmos obter uma sol articular, a segunda ode ser obtida elo Método d Alembert Obter uma sol articular da eq não omogénea elo método dos coeicientes indeterminados ou elo método da ariação de arâmetros: Obter a solução geral da eq não omogénea: Página 0 da Secção 5

Sumário da Secção 5 Solução geral da equação não omogénea Método dos coeicientes indeterminados Método da ariação de arâmetros Página da Secção 5