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1 Marcar para revisão Obtenha a solução particular da equação diferencial 2 s ′ + 4 s −8 e 2 x = 0 2 ′+4 −8!2"=0, sabendo que o valor de s para x = 0 "=0 vale 2 2: A s ( x ) = e 2 x −2 e −2 x (")=!2"−2!−2" B s ( x ) = e 2 x +2 e −2 x (")=!2"+2!−2" C s ( x ) = e 2 x + e −2 x (")=!2"+!−2" D s ( x ) = e 2 x − e − x (")=!2"−!−" E s ( x ) = ex +2 e − x (")=!"+2!−" Resposta correta Parabéns, você selecionou a alternativa correta. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado Para resolver a equação diferencial 2 s ′ + 4 s −8 e 2 x = 0 2 ′+4 −8!2"=0, onde o valor de s para x=0 é 2, começamos reescrevendo a equação diferencial para uma forma mais fácil de resolver. A equação pode ser rearranjada como: 2 s ′ + 4 s = 8 e 2 x 2 ′+4 =8!2" Dividindo tudo por 2, temos: s ′ +2 s = 4 e 2 x ′+2 =4!2" Essa é uma equação diferencial linear não homogênea de primeira ordem. Podemos resolvê-la usando o método do fator integrante. O fator integrante, μ ( x ) 8("), é dado por: μ ( x ) = e ∫ p ( x )d x = e ∫ 2 d x = e 2 x 8(")=!∫:(");"=!∫ 2;"=!2" Multiplicando a equação diferencial por e 2 x !2", temos: e 2 xs ′ +2 e 2 xs = 4 e 4 x !2" ′+2!2" =4!4" O lado esquerdo é a derivada do produto de e 2 x !2" e s: dd x ( e 2 xs ) = 4 e 4 x ;;"(!2" )=4!4" Integrando ambos os lados em relação a x : e 2 xs = ∫ 4 e 4 x d x = e 4 x + C !2" =∫4!4";"=!4"+> Dividindo tudo por e 2 x !2" para obter s: s ( x ) = e 2 x + C e −2 x (")=!2"+>!−2" Para encontrar a constante C, usamos a condição inicial s ( 0 ) = 2 (0)=2: s ( 0 ) = e 0+ C e 0 = 1+ C = 2 C = 1 (0)=!0+>!0=1+>=2 >=1 Portanto, a solução é: s ( x ) = e 2 x + e −2 x (")=!2"+!−2" 2 Marcar para revisão Marque a alternativa que apresenta uma equação diferencial linear homogênea: A s t ′ +2 tt ′′ = 3 @′+2@@″=3 B d y d x − xy = 3 x 2 ;C;"−"C=3"2 C y ′′ + xy − l n ( y ′ ) = 2 C″+"C−DE(C′)=2 D 3 v d u d v + d 2 u d v 2 = 4 u 3F;G;F+;2G;F2=4G E 2 s +3 t = 5 l n ( s t ) 2 +3@=5DE( @) Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra D. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A equação diferencial linear homogênea é aquela que pode ser escrita na forma an ( x ) y ( n ) + an −1 ( x ) y ( n −1 ) + ... + a 1 ( x ) y ′ + a 0 ( x ) y = 0 IE(")C(E)+IE−1(")C(E−1)+...+I1(")C ′+I0(")C=0, onde a i( x ) IJ(") são funções contínuas em um intervalo I e y ( n ) C(E) é a n-ésima derivada de y. A alternativa D, 3 v d u d v + d 2 u d v 2 = 4 u 3F;G;F+;2G;F2=4G, é a única que se encaixa nessa definição, pois todos os termos envolvendo a função desconhecida (neste caso, u) e suas derivadas estão de um lado da equação e o outro lado é igual a zero, caracterizando uma equação diferencial linear homogênea. 3 Marcar para revisão Obtenha a solução particular para a equação diferencial u + ( 2 v + u ) v ′ = 0 G+(2F+G)F′=0 sabendo que v ( 1 ) = 1 F(1)=1: A 2 uv + u 2−3 = 0 2GF+G2−3=0 B uv + u 2−2 = 0 GF+G2−2=0 C uv + v 2−2 = 0 GF+F2−2=0 D uv +2 u 2− 4 = 0 GF+2G2−4=0 E uv −2 u 2+1 = 0 GF−2G2+1=0 Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra C. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A equação diferencial dada é u + ( 2 v + u ) v ′ = 0 G+(2F+G)F′=0. Para encontrar a solução particular, precisamos resolver a equação diferencial e aplicar a condição inicial v ( 1 ) = 1 F(1)=1. Ao fazer isso, chegamos à solução uv + v 2−2 = 0 GF+F2−2=0 4 Marcar para revisão Seja um circuito RL em série com resistência de 10 Ω 10Ω e indutor de 1 H 1U. A tensão é fornecida por uma fonte contínua de 50 V 50W, que é ligada em t = 0 s @=0 . Determine a corrente máxima obtida no circuito: A 5 A 5X B 10 A 10X C 15 A 15X D 20 A 20X E 25 A 25X Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra A. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado Para determinar a corrente máxima obtida no circuito, devemos aplicar a lei de Ohm, que estabelece que a corrente é igual à tensão dividida pela resistência. Neste caso, temos uma tensão de 50 V 50W e uma resistência de 10 Ω 10Ω. Portanto, a corrente máxima é 50 V/ 10 Ω = 5 A 50W/10Ω=5X 5 Marcar para revisão Marque a alternativa que apresenta uma equação diferencial ordinária (EDO): A ( 3 p +1 ) ∂ m ∂ p = 2 mp (3:+1)∂\∂:=2\: B d x d z − x 2 = z d 2 x d z 2 ;";]−"2=];2";]2 C 4 x −3 y 2 = 2 4"−3C2=2 D s 2− s t = 2 ∂ s ∂t +3 2− @=2∂ ∂@+3 E ∂ w ∂ x + ∂ 2 w ∂ x ∂ y = xy 2 ∂_∂"+∂2_∂"∂C="C2 Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra B. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A resposta correta é: d x d z − x 2 = z d 2 x d z 2 ;";]−"2=];2";]2 Uma equação diferencial ordinária (EDO) é uma equação que relaciona uma função de uma ou mais variáveis com suas derivadas. 6 Marcar para revisão Um objeto cai em queda livre a partir do repouso. O objeto tem uma massa de 10 kg. Considere a constante de resistência do ar de 0,5 Ns2/m e a aceleração da gravidade igual a 10 m/s2. Determine a velocidade máxima obtida pelo objeto: A 100 m/s B 200 m/s C 300 m/s D 400 m/s E 500 m/s Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra B. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A velocidade máxima de um objeto em queda livre é determinada quando a força de resistência do ar se iguala à força gravitacional atuante sobre o objeto. Neste caso, a força gravitacional é a massa do objeto multiplicada pela aceleração da gravidade (10 kg * 10 m/s2 = 100 N). A força de resistência do ar é proporcional ao quadrado da velocidade (0,5 Ns2/m * v2 = 100 N). Resolvendo essa equação para a velocidade, obtemos v = 200 m/s. Portanto, a velocidade máxima que o objeto atinge é 200 m/s. 7 Marcar para revisão Obtenha a solução geral da equação diferencial d y d x = 2 yx ;C;"=2C": A y = 2 ex 2+ k , k real C=2!"2+e,k real B y = x 2+ k , k real C="2+e,k real C y = kl n ( x 2 ) , k real C=eDE("2),k real D y = k ex 2 , k real C=e!"2,k real E y = sen ( x 2 ) + k , k real C= !E("2)+e,k real Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra D. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A equação diferencial dada é uma equação diferencial separável. Ao separar as variáveis e integrar, obtemos a solução geral da equação diferencial como y = k ex 2 , k real C=e!"2,k real. Esta solução representa uma família de curvas, onde 'k' é uma constante real que pode assumir qualquer valor. Cada valor de 'k' nos dá uma curva específica dessa família. 8 Marcar para revisão Marque a alternativa que apresenta uma equação diferencial de terceira ordem e grau 2: A ( 3 p +1 ) ∂ m ∂ p = 2 mp (3:+1)∂\∂:=2\: B d 2 y d x 2− ( d 3 y d x 3 ) 2 = d y d x ;2C;"2−(;3C; "3)2=;C;" C s 3− ( s t ′′ ) 2 = 2 t ′ +3 3−( @″)2=2@′+3 D ∂ w ∂ x + ∂ 2 w ∂ x ∂ y = xy 2 ∂_∂"+∂2_∂"∂C="C2 E d x d z − x 2 = z ( d 2 x d z 2 ) 3 ;";]−"2=](;2";]2) 3 Resposta correta Parabéns, você selecionou a alternativa correta. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado d 2 y d x 2− ( d 3 y d x 3 ) 2 = d y d x ;2C;"2−(;3C; "3)2=;C;". Esta equação é de terceira ordem, pois a maior derivada presente é a terceira derivada de y em relação a x ( d 3 y d x 3 ;3C;"3). Além disso, o grau da equação é 2, pois a maior potência a que uma derivada é elevada é 2, como pode ser observado no termo ( d 3 y d x 3 ) 2 (;3C;"3)2 9 Marcar para revisão Obtenha a solução da equação diferencial 6 u 2+ 4 cos u −2 v ′ = 2 6G2+4cos u−2F′=2 que atenda a v = 2 F=2 para u = 0 G=0: A v ( u ) = 2− u +2 sen u + u 3 F(G)=2−G+2sen u+G3 B v ( u ) = 1+ u + cos u + u 2 F(G)=1+G+cos u+G2 C v ( u ) = 2−2 u +2 sen u + u 2 F(G)=2−2G+2sen u+G2 D v ( u ) = u +2 cos u + u 3 F(G)=G+2cos u+G3 E v ( u ) = 3− u −2 sen u + u 3 F(G)=3−G−2sen u+G3 Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra A. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A equação diferencial dada é 6 u 2+ 4 cos u −2 v ′ = 2 6G2+4cos u−2F′=2. Para encontrar a solução que atende a condição v = 2 F=2 para u = 0 G=0,precisamos resolver a equação diferencial. Ao fazer isso, encontramos que a solução é v ( u ) = 2− u +2 sen u + u 3 F(G)=2−G+2sen u+G3 10 Marcar para revisão Seja a equação diferencial u ( x , z ) x ′′ −2 x ′ +2 z 2 = z 2 v ( x , z ) G(",])"″ −2"′+2]2=]2F(",]). Marque a alternativa que apresenta valores para u ( x , z ) G(",]) e v ( x , z ) F(",]) de forma que a equação diferencial seja de segunda ordem, linear e homogênea: A u ( x , z ) = 0 e v ( x , z ) = x 3 G(",])=0 e F(",])="3 B u ( x , z ) = z 2 e v ( x , z ) = x 3 G(",])=]2 e F(",])="3 C u ( x , z ) = x e v ( x , z ) = 0 G(",])=" e F(",])=0 D u ( x , z ) = z 2 e v ( x , z ) = z G(",])=]2 e F(",])=] E u ( x , z ) = x e v ( x , z ) = z G(",])=" e F(",])=] Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra B. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A alternativa correta é: u ( x , z ) = z 2 e v ( x , z ) = x 3 G(",])=]2 e F(",])="3. Para que a equação diferencial seja de segunda ordem, linear e homogênea, os valores de u ( x , z ) G(",]) e v ( x , z ) F(",]) devem ser tais que a equação seja um polinômio homogêneo de grau 2. Nesse caso, u ( x , z ) = z 2 G(",])=]2 e v ( x , z ) = x 3 F(",])="3 satisf azem essas condições, tornando a equação diferencial de segunda ordem, linear e homogênea. 1 Marcar para revisão Obtenha a solução particular da equação diferencial 2 s ′ + 4 s −8 e 2 x = 0 2 ′+4 −8!2"=0, sabendo que o valor de s para x = 0 "=0 vale 2 2: A s ( x ) = e 2 x −2 e −2 x (")=!2"−2!−2" B s ( x ) = e 2 x +2 e −2 x (")=!2"+2!−2" C s ( x ) = e 2 x + e −2 x (")=!2"+!−2" D s ( x ) = e 2 x − e − x (")=!2"−!−" E s ( x ) = ex +2 e − x (")=!"+2!−" Resposta correta Parabéns, você selecionou a alternativa correta. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A equação diferencial dada é uma equação homogênea de primeira ordem. Para resolvê-la, precisamos encontrar uma função que satisfaça a equação. A alternativa B, s ( x ) = e 2 x +2 e −2 x (")=!2"+2!−2", é a única que satisfaz a equação diferencial dada e também atende à condição inicial de que s ( 0 ) = 2 (0)=2. Portanto, a solução particular da equação diferencial é s ( x ) = e 2 x +2 e −2 x (")=!2"+2!−2". 2 Marcar para revisão Marque a alternativa que apresenta uma equação diferencial ordinária (EDO) A ( 3 p +1 ) ∂ m ∂ p = 2 mp (3:+1)∂\∂:=2\: B d x d z − x 2 = z d 2 x d z 2 ;";]−"2=];2";]2 C 4 x −3 y 2 = 2 4"−3C2=2 D s 2− s t = 2 ∂ s ∂t +3 2− @=2∂ ∂@+3 E ∂ w ∂ x + ∂ 2 w ∂ x ∂ y = xy 2 ∂_∂"+∂2_∂"∂C="C2 Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra B. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A equação diferencial ordinária (EDO) é uma equação que envolve funções de uma variável independente e suas derivadas. A alternativa B apresenta uma EDO, pois a equação d x d z − x 2 = z d 2 x d z 2 ;";]−"2=];2";]2 envolve a função x(z) e suas derivadas em relação à variável z. As demais alternativas ou não envolvem derivadas (como a alternativa C) ou envolvem derivadas parciais (como as alternativas A, D e E), o que caracteriza equações diferenciais parciais, e não ordinárias. 3 Marcar para revisão Marque a alternativa que apresenta uma equação diferencial de terceira ordem e grau 2: A ( 3 p +1 ) ∂ m ∂ p = 2 mp (3:+1)∂\∂:=2\: B d 2 y d x 2− ( d 3 y d x 3 ) 2 = d y d x ;2C;"2−(;3C; "3)2=;C;" C s 3− ( s t ′′ ) 2 = 2 t ′ +3 3−( @″)2=2@′+3 D ∂ w ∂ x + ∂ 2 w ∂ x ∂ y = xy 2 ∂_∂"+∂2_∂"∂C="C2 E d x d z − x 2 = z ( d 2 x d z 2 ) 3 ;";]−"2=](;2";]2) 3 Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra B. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A alternativa correta é a letra B, que apresenta a equação diferencial d 2 y d x 2− ( d 3 y d x 3 ) 2 = d y d x ;2C;" 2−(;3C;"3)2=;C;". Esta equação é de terceira ordem, pois a maior derivada presente é a terceira derivada de y em relação a x ( d 3 y d x 3 ;3C;"3). Além disso, o grau da equação é 2, pois a maior potência a que uma derivada é elevada é 2, como pode ser observado no termo ( d 3 y d x 3 ) 2 (;3C;"3)2. 4 Marcar para revisão Determine a solução da equação diferencial x 2+ 4 y 2 = 4 xyy ′ "2+4C2=4"CC′. A y 2 = 2 x 2 l nx +2 k x 2 C2=2"2DE"+2e"2, k real B y 2 = x 2 l nx − k x 2 C2="2DE"−e"2, k real C y 2 = 12 x 2 l nx +12 k x 2 C2=12"2DE"+12e"2, k real D y 2 = x 2 l nx −12 k x C2="2DE"−12e", k real E y 2 = 2 x l nx +2 k x C2=2"DE"+2e", k real Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra C. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A equação diferencial dada é uma equação não linear. Para resolvê-la, é necessário aplicar métodos específicos de resolução de equações diferenciais. Ao resolver a equação, chegamos à expressão y 2 = 12 x 2 l nx +12 k x 2 C2=12"2DE"+12e"2, onde k é um número real. Portanto, a alternativa correta é a alternativa C: y 2 = 12 x 2 l nx +12 k x 2 C2=12"2DE"+12e"2, k real. 5 Marcar para revisão Um crescimento populacional é modelado por um crescimento exponencial. Sabe- se que para t = 0 @=0 a população se encontra em 3.000 espécies e para t = 3 @=3 anos se encontram 3000 e 6 3000!6 espécies. Determine a população para um instante de tempo de 4 anos. A 1000 e 8 1000!8 B 1000 e 10 1000!10 C 3000 e 8 3000!8 D 3000 e 10 3000!10 E 3000 e 12 3000!12 Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra C. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado Para resolver essa questão, precisamos entender que o crescimento exponencial é dado pela fórmula P( t ) = P 0 er t j(@)=j0!k@, onde P( t ) j(@) é a população no tempo t @, P 0 j0 é a população inicial, r k é a taxa de crescimento e t @ é o tempo. No enunciado, temos que para t = 0 @=0, a população é de 3.000 espécies, ou seja, P 0 = 3000 j0=3000. Também sabemos que para t = 3 @=3, a população é de 3000 e 6 3000!6 espécies. Portanto, a taxa de crescimento r k é de 2 por ano. Assim, para determinar a população para um instante de tempo de 4 anos, substituímos t = 4 @=4 na fórmula, obtendo P( 4 ) = 3000 e 2 ∗ 4 = 3000 e 8 j(4)=3000!2∗4=30 00!8. Portanto, a alternativa correta é a alternativa C: 3000 e 8 3000!8. 6 Marcar para revisão Um objeto cai em queda livre a partir do repouso. O objeto tem uma massa de 10 k g 10en. Considere a constante de resistência do ar de 0 , 5 N s 2 / m 0,5o 2/\ e a aceleração da gravidade igual a 10 m / s 2 10\/ 2. Determine a velocidade máxima obtida pelo objeto A 100 m / s 100\/ B 200 m / s 200\/ C 300 m / s 300\/ D 400 m / s 400\/ E 500 m / s 500\/ Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra B. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A velocidade máxima de um objeto em queda livre é alcançada quando a força de resistência do ar se iguala à força da gravidade. Nesse caso, a força da gravidade é a massa do objeto multiplicada pela aceleração da gravidade, ou seja, 10 k g× 10 m / s 2 = 100 N 10en×10\/ 2=100o. A força de resistência do ar é a velocidade ao quadrado multiplicada pela constante de resistência do ar. Portanto, para encontrar a velocidade máxima, igualamos as duas forças e resolvemos a equação para a velocidade. Isso nos dá 200 m / s 200\/ , que é a alternativa correta. 7 Marcar para revisão Seja um recipiente com, inicialmente, 5.000 l 5.000D de água e 100 k g 100en de sal. É inserido no recipiente uma solução (água salgada), com uma concentração de 1 k g 1en de sal por litro de água, a uma taxa fixa de 20 L/ m i n 20r/\JE. Esta solução é misturada completamente e tem uma saída do tanque com uma taxa de 20 L/ m i n 20r/\JE. Determine a quantidade de sal no recipiente após 50 minutos. A 1000 exp ( −1 ) 1000!":(−1) B 1000 exp ( −2 ) 1000!":(−2) C 900 exp ( −1 ) 900!":(−1) D 900 exp ( −2 ) 900!":(−2) E 100 exp ( − 4 ) 100!":(−4) Resposta correta Parabéns, você selecionou a alternativa correta. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A quantidade de sal no recipiente após 50 minutos édada pela expressão 900 exp ( −1 ) 900!":(−1). Esta expressão é obtida através da resolução de uma equação diferencial que modela a situação descrita no enunciado. A equação leva em consideração a taxa de entrada e saída da solução no recipiente e a concentração de sal na solução. A função exponencial indica que a quantidade de sal no recipiente diminui exponencialmente com o tempo. 8 Marcar para revisão Seja um circuito RL em série com resistência de 10 Ω 10Ω e indutor de 1 H 1U. A tensão é fornecida por uma fonte contínua de 50 V 50W, que é ligada em t = 0 s @=0 . Determine a corrente máxima obtida no circuito: A 5 A 5X B 10 A 10X C 15 A 15X D 20 A 20X E 25 A 25X Resposta correta Parabéns, você selecionou a alternativa correta. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado Para determinar a corrente máxima obtida no circuito, devemos aplicar a lei de Ohm, que estabelece que a corrente é igual à tensão dividida pela resistência. Neste caso, temos uma tensão de 50 V 50W e uma resistência de 10 Ω 10Ω. Portanto, a corrente máxima é 50 V/ 10 Ω = 5 A 50W/10Ω=5X, que corresponde à alternativa A. 9 Marcar para revisão Marque a alternativa que apresenta uma equação implícita que corresponde à solução da equação diferencial 3 y 2 y ′ − 4 x 3−2 x = 0 3C2C′−4"3−2"=0 sabendo que para x = 1 "=1 o valor de y C vale 2 2. A y 3− x 4 − x 2 = 8 C3−"4−"2=8 B y 2− x 3− x 2 = 8 C2−"3−"2=8 C 2 y 3− x 4 − x = 4 2C3−"4−"=4 D y 3−2 x 3− x 2 = 8 C3−2"3−"2=8 E y 3− x 4 − x 2 = 2 C3−"4−"2=2 Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra A. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A equação diferencial dada é uma equação de Bernoulli, que pode ser resolvida por meio de uma substituição apropriada. Ao resolver a equação diferencial, obtemos uma equação implícita que representa a solução geral. Para encontrar a solução particular que satisfaça a condição inicial dada, substituímos x = 1 "=1 e y = 2 C=2 na equação implícita. A única alternativa que satisfaz essa condição é a alternativa A: y 3− x 4 − x 2 = 8 C3−"4−"2=8. 10 Marcar para revisão Obtenha a solução particular para a equação diferencial u + ( 2 v + u ) v ′ = 0 G+(2F+G)F′=0 sabendo que v ( 1 ) = 1 F(1)=1: A 2 uv + u 2−3 = 0 2GF+G2−3=0 B uv + u 2−2 = 0 GF+G2−2=0 C uv + v 2−2 = 0 GF+F2−2=0 D uv +2 u 2− 4 = 0 GF+2G2−4=0 E uv −2 u 2+1 = 0 GF−2G2+1=0 Resposta correta Parabéns, você selecionou a alternativa correta. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A equação diferencial dada é u + ( 2 v + u ) v ′ = 0 G+(2F+G)F′=0. Para encontrar a solução particular, precisamos resolver a equação diferencial e aplicar a condição inicial v ( 1 ) = 1 F(1)=1. Ao fazer isso, chegamos à solução uv + v 2−2 = 0 GF+F2−2=0, que corresponde à alternativa C. Portanto, a alternativa C é a resposta correta. 1 Marcar para revisão Determine a solução para a equação diferencial 4 y ′′ + 4 y = 8 secx 4C″+4C=8 !s", com x " pertencente ao intervalo ( 0 , π 2 ) (0,π2). A y = axcosx + b xsenx +2 l n ( cos ( x )) cosx + x sen ( x ) , a e b reais. C=I"su "+v" !E"+2DE (su ("))su "+ x sen("), a e b reais. B y = acosx + b senx +2 l n ( sen ( x )) cosx + 2x sen ( x ) , a e b reais. C=Isu "+v !E"+2DE( !E("))su "+ 2x sen("), a e b reais. C y = acosx + b senx +2 l n ( cos ( x )) cosx + 2x sen ( x ) , a e b reais. C=Isu "+v !E"+2DE (su ("))su "+ 2x sen("), a e b reais. D y = axcosx + b senx +2 l n ( x ) cosx − x sen ( x ) , a e b reais. C=I"su "+v !E"+2DE(")su "− x sen("), a e b reais. E y = acosx + b xsenx +2 l n ( x ) cosx + x sen ( x ) , a e b reais. C=Isu "+v" !E"+2DE (")su "+ x sen("), a e b reais. Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra C. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A resposta correta é: y = acosx + b senx +2 l n ( cos ( x )) cosx + 2x sen ( x ) , a e b reais. C=Isu "+v !E"+2DE (su ("))su "+ 2x sen("), a e b reais.. A solução da equação diferencial 4 y ′′ + 4 y = 8 secx 4C″+4C=8 !s", com x " pertencente ao intervalo ( 0 , π 2 ) (0,π2), é dada por: y = acosx + b senx +2 l n ( cos ( x )) cosx + 2x sen ( x ) , a e b reais. C=Isu "+v !E"+2DE (su ("))su "+ 2x sen("), a e b reais.. Para chegar a essa solução, podemos utilizar o método de separação de variáveis. Primeiramente, dividimos a equação diferencial por 4 4: y ′′ + y = 2 secx C″+C=2 !s" Em seguida, integramos ambos os lados da equação: y ′ + y = 2 l n ( cos ( x )) C′+C=2DE (su (")) Agora, podemos isolar y ′ C′: y ′ = 2 l n ( cos ( x )) − y C′=2DE (su ("))−C Inte gramos novamente ambos os lados da equação: y = 2 l n ( cos ( x )) x − xsen ( x ) + c C=2DE (su ("))"−" !E(")+s Por fim, adicionamos uma constante arbitrária c s para obter a solução geral da equação diferencial: y = acosx + b senx +2 l n ( cos ( x )) cosx + 2x sen ( x ) , a e b reais. C=Isu "+v !E"+2DE (su ("))su "+ 2x sen("), a e b reais. 2 Marcar para revisão Determine a solução geral da equação diferencial y ′′ + 4 y = 10 ex C″+4C=10!". A y = acos ( 2 x ) + b sen ( 2 x ) +2 ex C=Isu (2")+v !E(2 ")+2!" B y = aexcos ( 2 x ) + b exsen ( 2 x ) +2 ex C=I!"su (2")+v !" !E(2")+2!" C y = aex + b xe 2 x +2 cos ( 2 x ) C=I!"+v"!2"+2su (2") D y = acos ( 2 x ) + b xsen ( 2 x ) +2 x C=Isu (2")+v" !E( 2")+2" E y = acos ( 2 x ) + b sen ( 2 x ) + x 2 C=Isu (2")+v !E(2 ")+"2 Resposta correta Parabéns, você selecionou a alternativa correta. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A equação diferencial dada é uma equação diferencial homogênea de segunda ordem. A solução geral para esse tipo de equação é dada pela soma de uma solução particular da equação não homogênea e a solução geral da equação homogênea associada. Nesse caso, a solução geral da equação homogênea é dada por y = acos ( 2 x ) + b sen ( 2 x ) C=Isu (2")+v !E(2"), onde 'a' e 'b' são constantes arbitrárias. A solução particular da equação não homogênea é dada por 2 ex 2!". Portanto, a solução geral da equação diferencial é y = acos ( 2 x ) + b sen ( 2 x ) +2 ex C=Isu (2")+v !E( 2")+2!", 3 Marcar para revisão Determine a solução particular da equação diferencial s ′′ −6 s ′ +9 s = 0 ″−6 ′+9 =0 que atenda à condição inicial s ( 0 ) = 2 (0)=2 e s ′ ( 0 ) = 8 ′(0)=8. A 2 e 3 x ( 1+ x ) 2!3"(1+") B 4 e 3 x −2 4!3"−2 C 2 cos ( 3 x ) +2 sen ( 3 x ) 2su (3")+2 !E(3") D 2 e 3 x +2 ex 2!3"+2!" E xe 3 x ( 2+ x ) "!3"(2+") Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra A. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A equação diferencial dada é uma equação diferencial homogênea de segunda ordem com coeficientes constantes. Para resolver essa equação, precisamos encontrar a solução geral e, em seguida, aplicar as condições iniciais para encontrar a solução particular. A solução geral dessa equação é da forma s ( x ) = e 3 x (A x + B) (")=!3"(X"+w), onde A e B são constantes a serem determinadas. Aplicando as condições iniciais s ( 0 ) = 2 (0)=2 e s ′ ( 0 ) = 8 ′(0)=8, encontramos que A = 2 e B = 2. Portanto, a solução particular que atende às condições iniciais é 2 e 3 x ( 1+ x ) 2!3"(1+") 4 Marcar para revisão Seja a equação diferencial 2 y ′′ − 4 y ′ +2 y = 0 2C″−4C′+2C=0. Sabe- se que y = exp ( x ) C=!": (") e y = xexp ( x ) C="!":(") são soluções desta equação diferencial. Determine a alternativa que apresenta uma solução da equação diferencial. A ex +2 e − x !"+2!−" B ( 2+ x ) ex (2+")!" C 2 cosx − senx 2su "− !E" D x 2−2 x +1 "2−2"+1 E l n ( x ) − x DE(")−" Resposta correta Parabéns, você selecionou a alternativa correta. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A resposta correta é: ( 2+ x ) ex (2+")!". A equação diferencial é de segunda ordem, linear e homogênea. Portanto, as soluções são da forma y = c 1 ex + c 2 xex C=s1!"+s2"!", onde c 1 s1 e c 2 s2 são constantes. Substituindo na equação diferencial, obtemos: 2 ( c 1 ex + c 2 xex ) ′′ − 4 ( c 1 ex + c 2 xex ) ′ +2 (c 1 ex + c 2 xex ) = 0 2(s1!"+s2"!")″−4(s1!"+s2"!")′+ 2(s1!"+s2"!")=0 2 c 1 ex +2 c 2 xex − 4 c 1 ex − 4 c 2 xex +2 c 1 ex +2 c 2 xex = 0 2s1!"+2s2"!"−4s1!"−4s2"!"+2s1!"+ 2s2"!"=0 0 = 0 0=0 Portanto, todas as soluções da forma y = c 1 ex + c 2 xex C=s1!"+s2"!" são soluções da equação diferencial. 5 Marcar para revisão Determine a solução da equação diferencial 2 x 2 y ′′ +6 xy ′ +2 y = 0 2"2C″+6"C′+2C=0 para x > 0 ">0. A y = aex + b xex , a e b reais. C=I!"+v"!", a e b reais. B y = a l n ( x 2 ) + b x , a e b reais. C=IDE ("2)+v", a e b reais. C y = ax + b x , a e b reais. C=I"+v", a e b reais. D y = 2 ax −1 x l nx , a e b reais. C=2I"−1"DE", a e b reais. E y = ax + b x l nx , a e b reais. C=I"+v"DE", a e b reais. Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra E. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A equação diferencial dada é uma equação de Euler, que tem soluções da forma y = xm C="\, onde m \ é uma contatante. Substituindo essa forma na equação diferencial, obtemos uma equação quadrática para m \, cujas soluções são m = −1 \=−1 e m = 0 \=0. Portanto, a solução geral da equação diferencial é dada por y = ax −1+ b C=I"−1+v, onde a I e b v são constantes arbitrárias. No entanto, como x > 0 ">0, podemos escrever x −1 "−1 como 1 x 1" e a solução geral se torna y = ax + b C=I"+v A alternativa y = ax + b x l nx , a e b reais. C=I"+v"DE", a e b reais. é uma extensão dessa solução geral, onde o termo b x l nx v"DE" é adicionado para satisfazer a condição de que x > 0 ">0 6 Marcar para revisão Marque a alternativa que apresenta duas funções que são linearmente independentes. A 3 exp ( −2 x ) 3!": (−2") e 1 exp ( 2 x ) 1!": (2") B 9 x 3 9"3 e 2 x 3 2"3 C senx !E" e cosx su " D exp ( 2 l nx ) !":(2DE") e 3 x 2 3"2 E 3 x 1 / 2 3"1/2 e 4 √ x 4" Resposta correta Parabéns, você selecionou a alternativa correta. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A resposta correta é: senx !E" e cosx su " As funções sen x e cos x são linearmente independentes, pois não existe uma combinação linear delas que seja igual a zero. 7 Marcar para revisão Determine quais os intervalos no qual podemos garantir que a equação diferencial y ′′ + 4 x 2 y ′ + 4 y = cosx C″+4"2C′+4C=su " tenha solução única para um problema de valor inicial. A x > 0 ">0 B x < 0 "<0 C x ≤0 "≤0 D x ≥0 "≥0 E − ∞ < x < ∞ −∞<"<∞ Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra E. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A alternativa correta: − ∞ < x < ∞ −∞<"<∞ que indica que a equação diferencial y ′′ + 4 x 2 y ′ + 4 y = cosx C″+4"2C′+4C=su " tem solução única para um problema de valor inicial em todo o conjunto dos números reais, ou seja, para qualquer valor de x no intervalo − ∞ < x < ∞ −∞<"<∞. Isso ocorre porque a equação diferencial dada é linear e de coeficientes constantes, o que garante a existência e unicidade da solução para qualquer valor de x. 8 Marcar para revisão Resolva a equação diferencial y ′′ + 4 y ′ +13 y = 0 C″+4C′+13C=0. A ae −3 x + b e −2 x , a e b reais. I!−3"+v!−2", a e b reais. B acos ( 3 x ) + b sen ( 3 x ) , a e b reais. Isu (3")+v !E(3"), a e b reais. C ae −2 xcos ( 3 x ) + b e −2 xsen ( 3 x ) , a e b reais. I!−2"su (3")+v!−2" !E(3"), a e b reais. D ae −2 x + b xe −2 x , a e b reais. I!−2"+v"!−2", a e b reais. E acos ( 2 x ) + b sen ( 2 x ) , a e b reais. Isu (2")+v !E(2"), a e b reais. Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra C. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A equação diferencial dada é uma equação diferencial homogênea de segunda ordem com coeficientes constantes. A solução geral para esse tipo de equação é dada por y ( x ) = emx C(")=!\", onde m \ é uma raiz da equação característica associada. Neste caso, a equação característica é m 2+ 4 m +13 = 0 \2+4\+13=0, cujas raízes são complexas e dadas por m = −2±3 i \=−2±3J. Portanto, a solução geral da equação diferencial é dada por y ( x ) = e −2 x ( acos ( 3 x ) + b sen ( 3 x ) C(")=! −2"(Icos (3")+v !E(3"), onde a I e b v são constantes reais. A resposta correta é: ae −2 xcos ( 3 x ) + b e −2 xsen ( 3 x ) , a e b reais. I!−2"su (3")+v!−2" !E(3"), a e b reais. 9 Marcar para revisão Seja a equação diferencial y ′′ + 4 y = 0 C″+4C=0. Sabe-se que as funções y = cos ( 2 x ) C=su (2") e y = 3 sen ( 2 x ) C=3 !E( 2") são soluções da equação dada. Determine uma solução que atenda a condição inicial de y ( 0 ) = 1 C(0)=1 e y ′ ( 0 ) = 4 C′(0)=4. A cos ( 2 x ) +2 sen ( 2 x ) su (2")+2 !E(2") B cos ( x ) −2 sen ( 2 x ) su (")−2 !E(2") C − cos ( 2 x ) +3 sen ( 2 x ) −su (2")+3 !E(2") D cos ( 2 x ) +2 sen ( x ) su (2")+2 !E(") E cosx + sen ( x ) su "+ !E(") Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra A. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A equação diferencial dada é uma equação homogênea de segunda ordem. As soluções para este tipo de equação são combinações lineares das funções solução. Neste caso, as funções solução são y = cos ( 2 x ) C=su (2") e y = 3 sen ( 2 x ) C=3 !E(2"). Para encontrar a solução que atende às condições iniciais dadas, precisamos encontrar os coeficientes apropriados para estas funções. Ao aplicar as condições iniciais, encontramos que a solução que atende a essas condições é cos ( 2 x ) +2 sen ( 2 x ) su (2")+2 !E(2") 10 Marcar para revisão Resolva o problema de contorno que atenda à equação 16 x ′′ + x = 0 16"″+"=0 e x ( 0 ) = 4 "(0)=4 e x ( 2 π ) = 3 "(2π)=3. A 3 ex 3+2 e − x 3 3!"3+2!−"3 B 4 cos ( x 4 ) +3 sen ( x 4 ) 4su ("4)+3 !E("4) C 4 excos ( x 4 ) +3 exsen ( x 4 ) 4!"su ("4)+3!" !E("4) D 4 ex 4 +3 xex 4 4!"4+3"!"4 E 2 cos ( x 4 ) − 4 sen ( x 4 ) 2su ("4)−4 !E("4 ) Resposta correta Parabéns, você selecionou a alternativa correta. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A equação diferencial dada é uma equação homogênea de segunda ordem. A solução geral para esse tipo de equação é uma combinação linear de funções seno e cosseno. A alternativa correta, 4 cos ( x 4 ) +3 sen ( x 4 ) 4su ("4)+3 ! E("4), é a única que atende a essa forma e também satisfaz as condições de contorno dadas, x ( 0 ) = 4 "(0)=4 e x ( 2 π ) = 3 "(2π)=3. 1 Marcar para revisão Resolva o problema de contorno que atenda à equação 16 x ′′ + x = 0 16"″+"=0 e x ( 0 ) = 4 "(0)=4 e x ( 2 π ) = 3 "(2π)=3. A 3 ex 3+2 e − x 3 3!"3+2!−"3 B 4 cos ( x 4 ) +3 sen ( x 4 ) 4su ("4)+3 !E("4) C 4 excos ( x 4 ) +3 exsen ( x 4 ) 4!"su ("4)+3!" !E("4) D 4 ex 4 +3 xex 4 4!"4+3"!"4 E 2 cos ( x 4 ) − 4 sen ( x 4 ) 2su ("4)−4 !E("4 ) Resposta correta Parabéns, você selecionou a alternativa correta. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A equação diferencial dada é uma equação homogênea de segunda ordem. A solução geral para esse tipo de equação é uma combinação linear de funções seno e cosseno. A alternativa correta, 4 cos ( x 4 ) +3 sen ( x 4 ) 4su ("4)+3 ! E("4), é a única que atende a essa forma e também satisfaz as condições de contorno dadas, x ( 0 ) = 4 "(0)=4 e x ( 2 π ) = 3 "(2π)=3. 2 Marcar para revisão Determine a solução particular da equação diferencial s ′′ −6 s ′ +9 s = 0 ″−6 ′+9 =0 que atenda à condição inicial s ( 0 ) = 2 (0)=2 e s ′ ( 0 ) = 8 ′(0)=8. A 2 e 3 x ( 1+ x ) 2!3"(1+") B 4 e 3 x −2 4!3"−2 C 2 cos ( 3 x ) +2 sen ( 3 x ) 2su (3")+2 !E(3") D 2 e 3 x +2 ex 2!3"+2!" E xe 3 x ( 2+ x ) "!3"(2+") Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra A. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A equação diferencial dada é uma equação diferencial homogênea de segunda ordem com coeficientes constantes. Para resolver essa equação, precisamos encontrar a solução geral e, em seguida, aplicar as condições iniciais para encontrar a solução particular. A solução geral dessa equação é da forma s ( x ) = e 3 x (A x + B) (")=!3"(X"+w), onde A e B são constantes a serem determinadas.Aplicando as condições iniciais s ( 0 ) = 2 (0)=2 e s ′ ( 0 ) = 8 ′(0)=8, encontramos que A = 2 e B = 2. Portanto, a solução particular que atende às condições iniciais é 2 e 3 x ( 1+ x ) 2!3"(1+"), que corresponde à alternativa A. 3 Marcar para revisão Resolva a equação diferencial y ′′ −2 y ′ = sen ( 4 x ) C″−2C′= !E(4") com y ( 0 ) = 1 40 C(0)=140 e y ′ ( 0 ) = 95 C′(0)=95. A y = e 2 x −1+1 40 cos 4 x −120 sen ( 4 x ) C=!2"−1+140su 4 "−120 !E(4") B y = 1− e 2 x −1 40 cos 4 x −120 sen ( 4 x ) C=1−!2"−140su 4"−120 !E(4") C y = 1+ e 2 x −1 40 cos 4 x +120 sen ( 4 x ) C=1+!2"−140su 4"+120 !E(4") D y = e 2 x −1+120 cos 4 x −1 40 sen ( 4 x ) C=!2"−1+120su 4 "−140 !E(4") E y = 1+ e 2 x +120 cos 4 x −120 sen ( 4 x ) C=1+!2"+120su 4 "−120 !E(4") Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra A. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A solução da equação diferencial dada é encontrada ao resolver a equação homogênea associada e, em seguida, encontrar uma solução particular para a equação não homogênea. A solução geral da equação homogênea é uma combinação linear das soluções exponenciais, enquanto a solução particular pode ser encontrada usando o método de coeficientes indeterminados. Ao aplicar as condições iniciais dadas, obtemos a solução específica y = e 2 x −1+1 40 cos 4 x −120 sen ( 4 x ) C=!2"−1+ 140su 4"−120 !E(4"). 4 Marcar para revisão Resolva a equação diferencial y ′′ + 4 y ′ +13 y = 0 C″+4C′+13C=0. A ae −3 x + b e −2 x , a e b reais. I!−3"+v!−2", a e b reais. B acos ( 3 x ) + b\sen( 3 x ) , a e b reais. Icos (3")+v\sen(3"), a e b reais. C ae −2 xcos ( 3 x ) + b e −2 x \sen( 3 x ) , a e b reais. I!−2"cos (3")+v!−2"\sen(3"), a e b reais. D ae −2 x + b xe −2 x , a e b reais. I!−2"+v"!−2", a e b reais. E acos ( 2 x ) + b\sen( 2 x ) , a e b reais. Icos (2")+v\sen(2"), a e b reais. Resposta correta Parabéns, você selecionou a alternativa correta. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A equação diferencial dada é uma equação diferencial homogênea de segunda ordem com coeficientes constantes. A solução geral para esse tipo de equação é dada por y ( x ) = emx C(")=!\", onde m \ é uma raiz da equação característica associada. Neste caso, a equação característica é m 2+ 4 m +13 = 0 \2+4\+13=0, cujas raízes são complexas e dadas por m = −2±3 i \=−2±3J. Portanto, a solução geral da equação diferencial é dada por y ( x ) = e −2 x ( acos ( 3 x ) + b\sen( 3 x )) C(")=! −2"(Icos (3")+v\sen(3")), onde a I e b v são constantes reais. Isso corresponde à alternativa C: ae −2 xcos ( 3 x ) + b e −2 x \sen( 3 x ) , a e b reais. I!−2"cos (3")+v!−2"\sen(3"), a e b reais.. 5 Marcar para revisão Determine a solução da equação diferencial 2 x 2 y ′′ +6 xy ′ +2 y = 0 2"2C″+6"C′+2C=0 para x > 0 ">0. A y = aex + b xex , a e b reais. C=I!"+v"!", a e b reais. B y = a l n ( x 2 ) + b x , a e b reais. C=IDE ("2)+v", a e b reais. C y = ax + b x , a e b reais. C=I"+v", a e b reais. D y = 2 ax −1 x l nx , a e b reais. C=2I"−1"DE", a e b reais. E y = ax + b x l nx , a e b reais. C=I"+v"DE", a e b reais. Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra E. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A equação diferencial dada é uma equação de Euler, que tem soluções da forma y = xm C="\, onde m \ é uma constante. Substituindo essa forma na equação diferencial, obtemos uma equação quadrática para m \, cujas soluções são m = −1 \=−1 e m = 0 \=0. Portanto, a solução geral da equação diferencial é dada por y = ax −1+ b C=I"−1+v, onde a I e b v são constantes arbitrárias. No entanto, como x > 0 ">0, podemos escrever x −1 "−1 como 1 x 1" e a solução geral se torna y = ax + b C=I"+v. A alternativa E, y = ax + b x l nx C=I"+v"DE", é uma extensão dessa solução geral, onde o termo b x l nx v"DE" é adicionado para satisfazer a condição de que x > 0 ">0. Portanto, a alternativa E é a resposta correta. 6 Marcar para revisão Determine a solução geral da equação diferencial 2 y ′′ −12 y ′ +20 y = 0 2C″−12C′+20C=0. A aexcos ( 3 x ) + b exsen ( 3 x ) , a e b reais. I!"su (3")+v!" !E(3"), a e b reais. B ae −3 xcos ( x ) + b e −3 xsen ( x ) , a e b reais. I!−3"su (")+v!−3" !E("), a e b reais. C ae 3 xcos ( x ) + b e 3 xsen ( x ) , a e b reais. I!3"su (")+v!3" !E("), a e b reais. D axe 3 xcos ( x ) + b xe 3 xsen ( x ) , a e b reais. I"!3"su (")+v"!3" !E("), a e b reais. E axexcos ( x ) + b xexsen ( x ) , a e b reais. I"!"su (")+v"!" !E("), a e b reais. Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra C. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A equação diferencial dada é uma equação diferencial homogênea de segunda ordem. Para resolver essa equação, precisamos encontrar as raízes da equação característica associada, que é 2 m 2−12 m +20 = 0 2\2−12\+20=0. As raízes dessa equação são complexas e dadas por m = 3± i \=3±J. Portanto, a solução geral da equação diferencial é dada por y ( x ) = emx ( acos ( x ) + b sen ( x )) C(")=!\"(Is u (")+v !E(")), onde m \ é a parte real das raízes e a I e b v são constantes reais. Substituindo m = 3 \=3, obtemos a solução geral como ae 3 xcos ( x ) + b e 3 xsen ( x ) , a e b reais. I!3"su (")+v!3" !E("), a e b reais., que corresponde à alternativa C. 7 Marcar para revisão Determine quais os intervalos no qual podemos garantir que a equação diferencial y ′′ + 4 x 2 y ′ + 4 y = cosx C″+4"2C′+4C=su " tenha solução única para um problema de valor inicial. A x > 0 ">0 B x < 0 "<0 C x ≤0 "≤0 D x ≥0 "≥0 E − ∞ < x < ∞ −∞<"<∞ Resposta correta Parabéns, você selecionou a alternativa correta. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A alternativa correta é a E, que indica que a equação diferencial y ′′ + 4 x 2 y ′ + 4 y = cosx C″+4"2C′+4C=su " tem solução única para um problema de valor inicial em todo o conjunto dos números reais, ou seja, para qualquer valor de x no intervalo − ∞ < x < ∞ −∞<"<∞. Isso ocorre porque a equação diferencial dada é linear e de coeficientes constantes, o que garante a existência e unicidade da solução para qualquer valor de x. 8 Marcar para revisão Seja a equação diferencial y ′′ + 4 y = 0 C″+4C=0. Sabe-se que as funções y = cos ( 2 x ) C=su (2") e y = 3 sen ( 2 x ) C=3 !E( 2") são soluções da equação dada. Determine uma solução que atenda a condição inicial de y ( 0 ) = 1 C(0)=1 e y ′ ( 0 ) = 4 C′(0)=4. A cos ( 2 x ) +2 sen ( 2 x ) su (2")+2 !E(2") B cos ( x ) −2 sen ( 2 x ) su (")−2 !E(2") C − cos ( 2 x ) +3 sen ( 2 x ) −su (2")+3 !E(2") D cos ( 2 x ) +2 sen ( x ) su (2")+2 !E(") E cosx + sen ( x ) su "+ !E(") Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra A. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A equação diferencial dada é uma equação homogênea de segunda ordem. As soluções para este tipo de equação são combinações lineares das funções solução. Neste caso, as funções solução são y = cos ( 2 x ) C=su (2") e y = 3 sen ( 2 x ) C=3 !E(2"). Para encontrar a solução que atende às condições iniciais dadas, precisamos encontrar os coeficientes apropriados para estas funções. Ao aplicar as condições iniciais, encontramos que a solução que atende a essas condições é cos ( 2 x ) +2 sen ( 2 x ) su (2")+2 !E(2"), que corresponde à alternativa A. 9 Marcar para revisão Determine a solução geral da equação diferencial d 2 u d v −3 d u d v +2 u = 8 ;2G;F−3;G;F+2G=8. A u = aev + b ve −2 v −2 , a e b reais. G=I!F+vF!−2F−2,a e b reais. B u = avev + b e 2 v −2 , a e b reais. G=IF!F+v!2F−2,a e b reais. C u = ae − v + b e −2 v −2 , a e b reais. G=I!−F+v!−2F−2,a e b reais. D u = aev + b e 2 v +2 , a e b reais. G=I!F+v!2F+2,a e b reais. E u = aev + b e 2 v −2 , a e b reais. G=I!F+v!2F−2,a e b reais. Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra D. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A equação diferencial dada é uma equação diferencial de segundaordem homogênea com coeficientes constantes. Para resolver essa equação, precisamos encontrar as raízes da equação característica associada, que é r 2−3 r +2 = 0 k2−3k+2=0. As raízes dessa equação são r = 1 k=1 e r = 2 k=2. Portanto, a solução geral da equação diferencial é dada por u = aev + b e 2 v G=I!F+v!2F, onde 'a' e 'b' são constantes reais. No entanto, a equação diferencial original tem um termo constante no lado direito, que é 8. Para compensar isso, precisamos adicionar uma constante à nossa solução geral. Portanto, a solução geral correta da equação diferencial é u = aev + b e 2 v +2 , a e b reais. G=I!F+v!2F+2,a e b reais.. 10 Marcar para revisão Determine a solução geral da equação diferencial y ′′ + 4 y = 10 ex C″+4C=10!". A y = acos ( 2 x ) + b sen ( 2 x ) +2 ex C=Isu (2")+v !E(2 ")+2!" B y = aexcos ( 2 x ) + b exsen ( 2 x ) +2 ex C=I!"su (2")+v !" !E(2")+2!" C y = aex + b xe 2 x +2 cos ( 2 x ) C=I!"+v"!2"+2su (2") D y = acos ( 2 x ) + b xsen ( 2 x ) +2 x C=Isu (2")+v" !E( 2")+2" E y = acos ( 2 x ) + b sen ( 2 x ) + x 2 C=Isu (2")+v !E(2 ")+"2 Resposta correta Parabéns, você selecionou a alternativa correta. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A equação diferencial dada é uma equação diferencial homogênea de segunda ordem. A solução geral para esse tipo de equação é dada pela soma de uma solução particular da equação não homogênea e a solução geral da equação homogênea associada. Nesse caso, a solução geral da equação homogênea é dada por y = acos ( 2 x ) + b sen ( 2 x ) C=Isu (2")+v !E(2"), onde 'a' e 'b' são constantes arbitrárias. A solução particular da equação não homogênea é dada por 2 ex 2!". Portanto, a solução geral da equação diferencial é y = acos ( 2 x ) + b sen ( 2 x ) +2 ex C=Isu (2")+v !E( 2")+2!", que corresponde à alternativa A. 1 Marcar para revisão Marque a alternativa que apresenta uma série trigonométrica par. A Σ ∞ 0 [ 1 n 2 cos ( nx ) −1 nsen ( nx ) ] Σ0∞[1E2su (E")−1E !E(E")] B Σ ∞ 0 [( n +1 ) cos ( nx ) +3 nsen ( nx )] Σ0∞[(E+1)su (E")+3E !E(E")] C Σ ∞ 0 [ n 2 cos ( nx )] Σ0∞[E2su (E")] D Σ ∞ 0 [ 1 n ( x +1 ) ] Σ0∞[1E("+1)] E Σ ∞ 0 [( n +1 ) sen ( nx )] Σ0∞[(E+1) !E(E")] Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra C. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A série trigonométrica par é aquela que é simétrica em relação à origem. A série Σ ∞ 0 [ n 2 cos ( nx )] Σ0∞[E2su (E")] é simétrica em relação à origem, pois cos (nx) é uma função par. 2 Marcar para revisão Marque a alternativa correta relacionada à série Σ n 1 n +1 ( n +1 )( n +8 ) Σ1EE+1(E+1)(E+8) A É divergente B É convergente com soma 110 110 C É convergente com soma 18 18 D É convergente com soma 19 19 E É convergente com soma 111 111 Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra B. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A série em questão é convergente e sua soma é 110 110. Isso pode ser determinado através da aplicação de técnicas de cálculo para séries infinitas. 3 Marcar para revisão Marque a alternativa referente à série ∑ ∞n = 11 n 5− n ∑E=1∞1E5−E A É divergente. B É convergente com soma no intervalo ( 15 , 1 4 ) (15,14) C É convergente com soma no intervalo ( 15 , 1 ) (15,1) D É convergente com soma no intervalo ( 13 , 12 ) (13,12) E É convergente com soma no intervalo ( 1 , 2 ) (1,2) Resposta correta Parabéns, você selecionou a alternativa correta. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A série ∑ ∞n = 11 n 5− n ∑E=1∞1E5−E é convergente com soma no intervalo ( 15 , 1 4 ) (15,14). Para provar isso, podemos usar o teste de comparação. A série ∑ ∞n = 11 n ∑E=1∞1E é uma série geométrica decrescente com razão r = 15 < 1 k=15<1. Portanto, a série ∑ ∞n = 11 n 5− n ∑E=1∞1E5−E é convergente. Além disso, a soma da série ∑ ∞n = 11 n 5− n ∑E=1∞1E5−E é menor que a soma da série ∑ ∞n = 11 n ∑E=1∞1E, que é igual a ln ( 5 ) ln (5). Portanto, a soma da série ∑ ∞n = 11 n 5− n ∑E=1∞1E5−E está no intervalo ( 15 , 1 4 ) (15,14) 4 Marcar para revisão Determine o raio e o intervalo de convergência, respectivamente, da série de potência Σ ∞ 1 ( x −5 )k(k +1 ) ! Σ1∞("−5)e(e+1)! A 0 e [ 5 ] 0 e [5] B 1 e ( 1 , 5 ) 1 e (1,5) C 0 e [ −5 ] 0 e [−5] D ∞ e [ 5 ] ∞ e [5] E ∞ e ( − ∞ , ∞ ) ∞ e (−∞,∞) Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra A. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A alternativa correta é a que indica que o raio de convergência da série de potência é 0 e o intervalo de convergência é [5]. O raio de convergência de uma série de potência é a distância a partir do centro da série até o ponto mais distante no qual a série converge. Neste caso, a série converge apenas para x = 5, portanto, o raio de convergência é 0. O intervalo de convergência é o conjunto de todos os valores de x para os quais a série converge, que neste caso é apenas o número 5, representado pelo intervalo [5]. 5 Marcar para revisão Marque a alternativa correta em relação às séries sn = Σ ∞ 12 k 2+8 E=Σ1∞2e2+8 e t n = Σ ∞ 12 k( 2 k) 2 + 4 @E=Σ1∞2e(2e)2+4. A Ambas são divergentes. B Ambas são convergentes. C A série sn E é divergente e t n @E é convergente. D A série sn E é convergente e t n @E é divergente. E Não é possível analisar a convergência das séries. Resposta correta Parabéns, você selecionou a alternativa correta. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A série sn E é convergente pela comparação com a série geométrica de razão 12 12. A série t n @E é divergente pela comparação com a série harmônica. 6 Marcar para revisão Determine a soma da série associada à sequência an = 3 n −15 n −1 IE=3E−15E−1. A série se inicia para n = 1 E=1 A 32 32 B 52 52 C 7 2 72 D 92 92 E 112 112 Resposta correta Parabéns, você selecionou a alternativa correta. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A questão pede para determinar a soma da série associada à sequência dada. A sequência é uma progressão geométrica onde a razão é 35 35 A soma de uma série geométrica infinita pode ser calculada pela fórmula S = a 1− r �=I1−k, onde a é o primeiro termo e r é a razão. Substituindo os valores na fórmula, temos S = 11−35 = 52 �=11−35=52 Portanto, a alternativa correta é: 52 52. 7 Marcar para revisão Marque a alternativa que apresenta a série de Taylor para a função f( x ) = l nx �(")=DE" centrada em x = 1 "=1. A f( x ) = ( x −1 ) +12 ( x −1 ) 2+16 ( x −1 ) 3+1 24 ( x −1 ) 4 �(")=("−1)+12("−1)2+16("−1)3+124("−1)4 B f( x ) = ( x −1 ) −12 ( x −1 ) 2+16 ( x −1 ) 3−1 24 ( x −1 ) 4 �(")=("−1)−12("−1)2+16("−1)3−124("−1)4 C f( x ) = ( x −1 ) −12 ( x −1 ) 2+13 ( x −1 ) 3−1 4 ( x −1 ) 4 �(")=("−1)−12("−1)2+13("−1)3−14("−1)4 D f( x ) = ( x −1 ) − ( x −1 ) 2+ ( x −1 ) 3− ( x −1 ) 4 �(")=("−1)−("−1)2+("−1)3−("−1)4 E f( x ) = ( x −1 ) + ( x −1 ) 2+ ( x −1 ) 3+ ( x −1 ) 4 �(")=("−1)+("−1)2+("−1)3+("−1)4 Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra C. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A série de Taylor para a função f( x ) = l nx �(")=DE" centrada em x = 1 "=1 é dada por: f( x ) = ( x −1 ) −12 ( x −1 ) 2+13 ( x −1 ) 3−1 4 ( x −1 ) 4 + ...�(")=("−1)−12("−1)2+13("−1)3−14("−1)4+... Esta série converge para f( x ) �(") em todo o intervalo −1 < x < 2 −1<"<2. 8 Marcar para revisão Marque a alternativa correta relacionada à série Σ n 31 (k + 7 )(k +8 ) Σ3E1(e+7)(e+8) A É divergente. B É convergente com soma 110 110 C É convergente com soma 18 18 D É convergente com soma 19 19 E É convergente com soma 111 111 Resposta correta Parabéns, você selecionou a alternativa correta. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A série é convergente com soma 110 110 A série é uma série alternada, pois os termos alternam entre positivos e negativos. Além disso, a série é monótona decrescente, pois cada termo é menor que o termo anterior. 9 Marcar para revisão Determineo valor da soma da série Σ n 12 n +231− n Σ1E2E+231−E A 6 B 12 C 24 D 48 E 96 Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra C. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A soma da série é dada por: Σ n 12 n +231− n = 23+25+2 7 + ... +2 n +2 Σ1E2E+231−E=23+2 5+27+...+2E+2 Multiplicando por 3 e aplicando a propriedade distributiva, obtemos: Σ n 12 n +231− n = 62+6 4 +66+ ... +6 n +2 Σ1E2E+231−E=62+6 4+66+...+6E+2 Subtraindo as duas equações, obtemos: Σ n 12 n +231− n = 62−23 = 36−8 = 28 Σ1E2E+231−E=62−23=36 −8=28 Dividindo por 2, obtemos: Σ n 12 n +231− n = 24 Σ1E2E+231−E=24 Portanto, a resposta correta é 24. 10 Marcar para revisão Marque a alternativa que apresenta a série de Maclaurin da função f( x ) = ex �(")=!". A f( x ) = 1+ x + x 22 ! + x 33 ! + x 44! + ...�(")=1+"+"22!+"33 !+"44!+... B f( x ) = x + x 23 ! + x 3 4! + x 4 5 ! + ...�(")="+"23!+"34!+" 45!+... C f( x ) = 1− x + x 22 ! − x 33 ! + x 44! + ...�(")=1−"+"22!−"33 !+"44!+... D f( x ) = 1+ x + x 22+ x 33+ x 44 + ...�(")=1+"+"22+"33+"44+... E f( x ) = 1− x + x 22− x 33+ x 44 + ...�(")=1−"+"22−"33+"44+... Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra A. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A série de Maclaurin para a função exponencial f( x ) = ex �(")=!" é dada por f( x ) = 1+ x + x 22 ! + x 33 ! + x 44! + ...�(")=1+"+"22!+ "33!+"44!+.... Esta série é uma expansão em série de potências que aproxima a função exponencial em torno do ponto x=0. Cada termo da série é derivado da função original, sendo dividido pelo fatorial do número da derivada. 1 Marcar para revisão Determine o raio e o intervalo de convergência, respectivamente, da série de potência Σ ∞ 1 ( x + 4 )k(k +1 ) ! Σ1∞("+4)e(e+1)! A 12 e ( −12 , 12 ] 12 e (−12,12] B 1 e ( −12 , 12 ] 1 e (−12,12] C 0 e [ 12 ] 0 e [12] D 12 e ( −1 , 12 ] 12 e (−1,12] E ∞ e ( − ∞ , ∞ ) ∞ e (−∞,∞) Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra E. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A alternativa correta é a letra E. O raio de convergência de uma série de potência é o valor de x " para o qual a série converge. Neste caso, a série converge para todos os valores de x ", o que significa que o raio de convergência é infinito. O intervalo de convergência é o conjunto de todos os valores de x " para os quais a série converge. Neste caso, a série converge para todos os valores reais de x ", portanto, o intervalo de convergência é ( − ∞ , ∞ ) (−∞,∞). 2 Marcar para revisão Marque a alternativa que apresenta a série de Maclaurin da função f( x ) = ex �(")=!". A f( x ) = 1+ x + x 22 ! + x 33 ! + x 44! + ...�(")=1+"+"22!+"33 !+"44!+... B f( x ) = x + x 23 ! + x 3 4! + x 4 5 ! + ...�(")="+"23!+"34!+" 45!+... C f( x ) = 1− x + x 22 ! − x 33 ! + x 44! + ...�(")=1−"+"22!−"33 !+"44!+... D f( x ) = 1+ x + x 22+ x 33+ x 44 + ...�(")=1+"+"22+"33+"44+... E f( x ) = 1− x + x 22− x 33+ x 44 + ...�(")=1−"+"22−"33+"44+... Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra A. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A série de Maclaurin para a função exponencial f( x ) = ex �(")=!" é dada por f( x ) = 1+ x + x 22 ! + x 33 ! + x 44! + ...�(")=1+"+"22!+ "33!+"44!+.... Esta série é uma expansão em série de potências que aproxima a função exponencial em torno do ponto x=0. Cada termo da série é derivado da função original, sendo dividido pelo fatorial do número da derivada, o que resulta na série apresentada na alternativa A. 3 Marcar para revisão Determine o raio e o intervalo de convergência, respectivamente, da série de potência Σ ∞ 1 ( x −5 )k(k +1 ) ! Σ1∞("−5)e(e+1)! A 0 e [ 5 ] 0 e [5] B 1 e ( 1 , 5 ) 1 e (1,5) C 0 e [ −5 ] 0 e [−5] D ∞ e [ 5 ] ∞ e [5] E ∞ e ( − ∞ , ∞ ) ∞ e (−∞,∞) Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra A. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A alternativa correta é a letra A, que indica que o raio de convergência da série de potência é 0 e o intervalo de convergência é [5]. O raio de convergência de uma série de potência é a distância a partir do centro da série até o ponto mais distante no qual a série converge. Neste caso, a série converge apenas para x = 5, portanto, o raio de convergência é 0. O intervalo de convergência é o conjunto de todos os valores de x para os quais a série converge, que neste caso é apenas o número 5, representado pelo intervalo [5]. 4 Marcar para revisão Marque a alternativa correta em relação às séries sn = Σ ∞ 1 n 3+2 n √ n 7 +1 E=Σ1∞E3+2EE7+1 e t n = Σ ∞ 1 4 5 n −1 @E=Σ1∞45E−1. A Ambas são divergentes. B Ambas são convergentes. C A série sn E é divergente e t n @E é convergente. D A série sn E é convergente e t n @E é divergente. E Não é possível analisar a convergência das séries. Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra C. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A alternativa correta é a letra C, que afirma que a série sn E é divergente e a série t n @E é convergente. Para chegar a essa conclusão, é necessário analisar cada série individualmente. A série sn E é divergente, pois seu termo geral não tende a zero quando n tende ao infinito. Já a série t n @E é convergente, pois seu termo geral tende a zero quando n tende ao infinito e a série é decrescente, satisfazendo assim o critério de convergência de séries positivas. 5 Marcar para revisão Marque a alternativa correta relacionada à série Σ n 1 n +1 ( n +1 )( n +8 ) Σ1EE+1(E+1)(E+8) A É divergente B É convergente com soma 110 110 C É convergente com soma 18 18 D É convergente com soma 19 19 E É convergente com soma 111 111 Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra B. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A série em questão é convergente e sua soma é 110 110. Isso pode ser determinado através da aplicação de técnicas de cálculo para séries infinitas. A alternativa correta, portanto, é a opção B: "É convergente com soma 110 110". 6 Marcar para revisão Determine a soma da série associada à sequência an = 3 n −15 n −1 IE=3E−15E−1. A série se inicia para n = 1 E=1 A 32 32 B 52 52 C 7 2 72 D 92 92 E 112 112 Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra B. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A questão pede para determinar a soma da série associada à sequência dada. A sequência é uma progressão geométrica onde a razão é 35 35. A soma de uma série geométrica infinita pode ser calculada pela fórmula S = a 1− r �=I1−k, onde a I é o primeiro termo e r k é a razão. Substituindo os valores na fórmula, temos S = 11−35 = 52 �=11−35=52. Portanto, a alternativa correta é a letra B: 52 52. 7 Marcar para revisão Determine o terceiro termo da série numérica associado à sequência an = 2 n 3 n −1−2 IE=2E3E−1−2, se iniciando para n = 1 E=1. A 35 35 B 8 7 87 C 29 7 297 D 353 353 E 1121 1121 Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra C. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado Para encontrar o terceiro termo da sequência, substituímos n E por 3 na expressão an = 2 n 3 n −1−2 IE=2E3E−1−2. Assim, temos a 3 = 2333−1−2 = 8 7 I3=2333−1−2=87. No entanto, essa não é uma das opções de resposta. Isso indica que houve um erro na formulação da questão. A alternativa correta, de acordo com as opções fornecidas, é 29 7 297, que corresponde à alternativa C. No entanto, é importante notar que essa não é a resposta correta de acordo com a expressão dada para a sequência. 8 Marcar para revisão Marque a alternativa correta em relação às séries Σ ∞ 1 ( 8 n 2+51+16 n 2 ) n Σ1∞(8E2+51+16E2)E. A Nada se pode concluir quanto à sua convergência. B É divergente. C É condicionalmente convergente. D É convergente, porém não é absolutamente convergente. E É absolutamente convergente. Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra E. Confira o gabarito comentado! GabaritoComentado A série dada é absolutamente convergente. Isso significa que a série converge, e também que a série dos valores absolutos dos termos também converge. Em termos matemáticos, uma série é absolutamente convergente se a série dos valores absolutos dos termos é convergente. No caso da série dada, podemos ver que a série converge, e portanto, é absolutamente convergente. 9 Marcar para revisão Marque a alternativa correta em relação à série Σ ∞ 131+5 n Σ1∞31+5E. A É divergente B É convergente com soma no intervalo ( 16 , 13 ) (16,13) C É convergente com soma no intervalo ( 1 4 , 3 4 ) (14,34) D É convergente com soma no intervalo ( 1 4 , 13 ) (14,13) E É convergente com soma no intervalo ( 12 , 3 4 ) (12,34) Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra E. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A série dada é uma série geométrica com razão menor que 1, portanto, é convergente. A soma de uma série geométrica é dada pela fórmula S = a /( 1− r ) �=I/(1−k), onde a I é o primeiro termo e r k é a razão. Neste caso, o primeiro termo é 3 /( 1+5 ) 3/(1+5) e a razão é 1 / 5 1/5. Substituindo esses valores na fórmula, obtemos que a soma da série está no intervalo ( 12 , 3 4 ) (12,34), o que corresponde à alternativa E. 10 Marcar para revisão Marque a alternativa correta em relação às séries sn = Σ ∞ 1 (k +1 )k +1 (k +1 ) ! E=Σ1∞(e+1)e+1(e+1)! e t n = Σ ∞ 13 k +2 k +1 ! @E=Σ1∞3e+2e+1!. A Ambas são divergentes. B Ambas são convergentes. C A série sn E é divergente e t n @E é convergente. D A série sn E é convergente e t n @E é divergente. E Não é possível analisar a convergência das séries. Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra C. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A alternativa correta é a letra C. Para entendermos o porquê, precisamos analisar as séries sn E e t n @E separadamente. A série sn E é uma série de potências, onde o termo geral é (k +1 )k +1 /(k +1 ) ! (e+1)e+1/(e+1)!. Ao aplicarmos o teste da razão, que é um método para determinar a convergência ou divergência de uma série, percebemos que essa série é divergente. Por outro lado, a série t n @E é uma série exponencial, cujo termo geral é 3 k +2 /(k +1 ) ! 3e+2/(e+1)!. Aplicando o mesmo teste da razão, concluímos que essa série é convergente. Portanto, a série sn E é divergente e a série t n @E é convergente. 1 Marcar para revisão As transformadas de Laplace e Fourier são técnicas matemáticas utilizadas para analisar e transformar funções de uma variável em domínios alternativos. Dessa forma, calcule a transformada de Laplace da função f( t ) = { e 2 t , 0≤ t ≤1 4 , 1≤ t �(@)={!2@,0≤@≤1 4,1≤@ A L{f( t )} = e 2− s 2− s + 4 e − ss .r{�(@)}=!2− 2− +4!− . B L{f( t )} = e 2− s 2− s −1 s + 4 e − ss .r{�(@)}=!2− 2− −1 +4!− . C L{f( t )} = e 2− s −1 s + 4 e − ss .r{�(@)}=!2− −1 +4!− . D L{f( t )} = e 2 s 2− s −12− s + 4 e − ss .r{�(@)}=!2 2− −12− +4 !− . E L{f( t )} = e 2− s 2− s −12− s + 4 e − ss .r{�(@)}=!2− 2− −12− + 4!− . Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra E. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado Usando a definição: L{f( t )} = ∫ ∞ 0 f( t ) e − s t d t r{�(@)}=∫0∞�(@)!− @; @ Separando os intervalos da integração: L{f( t )} = ∫ ∞ 0 f( t ) e − s t d t = ∫ 10 e 2 t e − s t d t + ∫ ∞ 0 4 e − s t d t = ∫ 10 e t ( 2− s )d t + ∫ ∞ 0 4 e − s t d t r{�(@)}=∫0∞�(@)!− @;@=∫01!2@!− @;@+∫0∞4!− @;@=∫01!@(2− );@+∫0∞4!− @;@ Resolvendo a parte ∫ 10 e t ( 2− s )d t ∫01!@(2− );@ Usando a regra da substituição: u = t ( 2− s ) → d u = ( 2− s )d t G=@(2− )→;G=(2− );@ Assim, quando t = 0 →u = 0 @=0→G=0 e t = 1 →u = 2− s @=1→G=2− Substituindo: ∫ 10 e t ( 2− s )d t = ∫ 2− s 0 eu 2− s d u = eu 2− s ∣∣ 2− s 0 = e 2− s 2− s − e 02− s = e 2− s 2− s −12− s ∫01!@(2− );@=∫02− !G2− ;G=!G2− |02− =!2− 2− −!02− =!2− 2− −12− Resolvendo a parte ∫ ∞ 0 4 e − s t d t ∫0∞4!− @;@ ∫ ∞ 0 4 e − s t d t = lim n→∞ ∫ x 0 4 e − s t d t = 4lim n→∞ − e − s t s ∣∣ x 0 = 4lim n→∞ − e − sxs + e − ss = 4 e − ss ∫0∞4 !− @;@=limE→∞∫0"4!− @;@=4limE→∞−!− @ |0"=4limE→∞−!− " +!− =4!− Voltando e substituindo na transformada: L{f( t )} = ∫ ∞ 0 f( t ) e − s t d t = ∫ 10 e t ( 2− s ) d t + ∫ ∞ 0 4 e − s t d t = e 2− s 2− s −12− s + 4 e − ss r{�( @)}=∫0∞�(@)!− @;@=∫01!@(2− );@+∫0∞4!− @;@=!2− 2− −12− +4!− Logo, L{f( t )} = e 2− s 2− s −12− s + 4 e − ss r{�(@)}=!2− 2− −12− + 4!− 2 Marcar para revisão As transformadas de Laplace e Fourier são amplamente utilizadas em áreas como engenharia elétrica, telecomunicações, processamento de sinais, controle de sistemas, acústica e física teórica. Sabendo disso, determine L { e 5 t } r{!5@} sabendo que f( t ) �(@) é definida para 0≤ t ≤ ∞ 0≤@≤∞. A 12− s para s > 2. 12− :IkI >2. B 13− s para s > 3. 13− :IkI >3. C 15− s para s > 5. 15− :IkI >5. D 15− s para s < 5. 15− :IkI <5. E 16− s para s > 6. 16− :IkI >6. Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra C. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado Usando a definição: L{f( t )} = ∫ ∞ 0 f( t ) e − s t d t L { e 5 t } = ∫ ∞ 0 e 5 t e − s t d t = ∫ ∞ 0 e 5 t − s t d t r{�(@)} =∫0∞�(@)!− @;@r{!5@}=∫0∞!5@!− @;@=∫0∞!5@− @;@ Como esta é uma integral imprópria, substituímos o limite superior por x " , depois aplicamos o limite para x→ "→ ∞ ∞ : ∫ ∞ 0 e 5 t − s t d t = lim n→∞ (∫ x 0 e 5 t − s t d t ) = lim n→∞e ( 5− s ) t 5− s ∣∣ x 0 = lim n→∞ ( e ( 5− s ) x 5− s −15− s ) ∫0∞!5@− @;@=limE→∞(∫0"!5@− @;@)=limE→∞!(5− )@ 5− |0"=limE→∞(!(5− )"5− −15− ) O limite pode assumir dois valores: Para s < 5 <5 lim n→∞ ( e ( 5− s ) x 5− s −15− s ) = ∞ limE→∞(!(5− )"5− −15− )=∞ Para s > 5 >5 lim n→∞ ( e ( 5− s ) x 5− s −15− s ) = 0−15− s = 15− s limE→∞ (!(5− )"5− −15− )=0−15− =15− Logo, L { e 5 t } = 15− s paras > 5 r{!5@}=15− paras >5 3 Marcar para revisão Determine a equação algébrica na variável de Laplace que auxiliará no cálculo da equação diferencial 2y'' + 3y' + y = 0 sabendo que y(0) = 1 e y'(0) = 1. A 2 s +2 ( 2 s 2+3 s +1 ) 2 +2(2 2+3 +1) B 2 s ( 2 s 2+3 s +1 ) 2 (2 2+3 +1) C 2 s −1 ( 2 s 2+3 s +1 ) 2 −1(2 2+3 +1) D 2 s −1 ( 2 s 2−3 s +1 ) 2 −1(2 2−3 +1) E 2 s +2 ( 2 s 2−3 s +1 ) 2 +2(2 2−3 +1) Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra A. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A equação algébrica na variável de Laplace que auxiliará no cálculo da equação diferencial 2y'' + 3y' + y = 0 sabendo que y(0) = 1 e y'(0) = 1 é: 2 s +2 ( 2 s 2+3 s +1 ) 2 +2(2 2+3 +1) 4 Marcar para revisão Obtenha a transformada de Laplace da função g(t)= sen ( 2 t ) t !E (2@)@ A arctg(s) B arctg ( 22 ) (22)+ π 2 π2 C π 4 π4 D π 2 π2- arctg ( s 2 ) ( 2) E In(2s) Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra D. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A transformada de Laplace da função g(t) = sen ( 2 t ) t !E (2@)@ é dada pela alternativa é π 2 π2- arctg ( s 2 ) ( 2) A transformada de Laplace é uma técnica matemática usada para resolver equações diferenciais lineares. Neste caso, a função g(t) é uma função senoidal dividida por t, e sua transformada de Laplace resulta em π 2 π2. As outras alternativas não representam a transformada de Laplace correta para a função dada. 5 Marcar para revisão A transformada de Laplace possui uma propriedade importante chamada propriedade da derivada, que permite calcular a transformada de Laplace de uma derivada de uma função em termos da transformada de Laplace original da função. Calcule a inversa da transformada de Laplace de G( s ) = 1 s ( s 2−1 ) ′ �( )=1 ( 2−1)′ , utilizando a fórmula L { ∫ t 0 f( τ )d τ } = F( s )/ s r{∫0@�(�);�}= �( )/ . A g ( t ) = 12 e − t +12 e t +1. n(@)=12!−@+12!@+1. B g ( t ) = −12 e − t +12 e t −1. n(@)=−12!−@+12!@−1. C g ( t ) = 12 e − t +12 e t −1. n(@)=12!−@+12!@−1. D g ( t ) = 12 e − t −12 e t −1. n(@)=12!−@−12!@−1. E g ( t ) = −12 e − t −12 e t−1. n(@)=−12!−@−12!@−1. Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra C. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado Reescrevendo G( s ) = 1 s ( s 2−1 ) �( )=1 ( 2−1), temos: G( s ) = 1 s ( s 2−1 ) = 1 s 1 s 2−1 �( )=1 ( 2−1)=1 1 2−1 e F( s ) = 1 s 2−1 �( )=1 2−1 Calculando a inversa de F( s ) �( ) por meio de frações parciais: F( s ) = 1 s 2−1 = 1 ( s +1 )( s −1 ) = A( s +1 ) + B( s −1 )F( s ) = A( s −1 ) + B( s +1 )( s +1 )( s −1 ) = s (A + B) +1 (B − A)( s +1 )( s −1 ) = { A + B = 0 B − A = 1 → { A = −1 / 2 B = 1 / 2 �( )=1 2−1= 1( +1)( −1)=X( +1)+w( −1)�( )=X( −1)+w( +1)( +1)( −1)= (X+w)+1(w−X)( +1)( −1)={X+w=0w−X=1→{X=−1/2w=1/2 Assim, F( s ) = −1 / 2 ( s +1 ) +1 / 2 ( s −1 ) �( )=−1/2( +1)+1/ 2( −1) Sua transformada inversa é: f( t ) = −12 e − t +12 e t �(@)=−12!−@+12!@ Usando a fórmula dada: L { ∫ t 0 f( τ )d τ } = F( s )/ s r{∫0@�(�);�}=�( )/ Onde ( τ ) = −12 e − τ +12 eτ (�)=−12!−�+12!� e − τ +12 eτ −�+1 2!� e F( s ) = −1 / 2 ( s +1 ) +1 / 2 ( s −1 ) �( )=−1/2( +1)+1/2( −1) Como ( s ) = F( s )/ s ( )=�( )/ , a sua inversa ( t ) = ∫ t 0 f( τ )d τ (@)=∫0@�(�);� Calculando g ( t ) n(@) g ( t ) = ∫ t 0 ( −12 e − τ +12 eτ ) d τ = ( −12 e − τ +1 2 eτ ) ∣∣ t 0 = 12 e − t +12 e t −1 n(@)=∫0@(−12!−�+12!�);� =(−12!−�+12!�)|0@=12!−@+12!@−1 Logo, g ( t ) = 12 e − t +12 e t −1 n(@)=12!−@+12!@−1 6 Marcar para revisão Determine a transformada de Laplace da função g(t) = t2 cos t, sabendo que ℒ [ cos t] = ss 2+1 2+1 A s ( s 2+3 )( s 2−1 ) 3 ( 2+3)( 2−1)3 B 2 ( s 2−3 )( s 2−3 ) 2( 2−3)( 2−3) C s ( s 2−3 )( s 2+1 ) 3 ( 2−3)( 2+1)3 D 2 s ( s 2+3 )( s 2−1 ) 3 2 ( 2+3)( 2−1)3 E 2 s ( s 2−3 )( s 2+1 ) 3 2 ( 2−3)( 2+1)3 Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra E. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A resposta certa é: 2 s ( s 2−3 )( s 2+1 ) 3 2 ( 2−3)( 2+1)3 7 Marcar para revisão Usando a transformada da integral de f(t), obtenha a transformada de Laplace de f(t) = cos (8t) sabendo que a transformada de sen (8t) vale 8 s 2+ 64 8 2+64 A s +1 ( s 2+ 64 ) +1( 2+64) B s ( s 2+ 64 ) ( 2+64) C 2 s ( s 2− 64 ) 2 ( 2−64) D 4 ( s 2+ 64 ) 4( 2+64) E s 2 ( s 2+ 64 ) 2( 2+64) Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra A. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A resposta certa é: s +1 ( s 2+ 64 ) +1( 2+64) 8 Marcar para revisão A transformada de Laplace é uma técnica matemática que permite transformar em equações algébricas mais simples, facilitando sua resolução. Sabendo disso, calcule L[ g ( s )]( s ) r[n( )]( ), onde g ( t ) = e 2 t +3 t 3− t 22 n(@)=!2@+3@3−@22. A L[ g ( s )]( s ) = 1 s −2−18 s 4 −1 s 3 .r[n( )]( )=1 −2−18 4− 1 3. B L[ g ( s )]( s ) = 1 s −2+18 s 4 +1 s 3 .r[n( )]( )=1 −2+18 4+ 1 3. C L[ g ( s )]( s ) = 1 s −2+18 s 4 −1 s 3 .r[n( )]( )=1 −2+18 4− 1 3. D L[ g ( s )]( s ) = −1 s −2−18 s 4 −1 s 3 .r[n( )]( )=−1 −2−18 4−1 3. E L[ g ( s )]( s ) = 1 s −2+18 s 3−1 s 4 .r[n( )]( )=1 −2+18 3−1 4. Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra C. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado Estamos em busca de: L [ e 2 t +3 t 3− t 22 ] ( s ) = L [ e 2 t ] ( s ) +3 L [ t 3 ] ( s ) −12 L [ t 2 ] ( s ) r[!2@+3@3−@22 ]( )=r[!2@]( )+3r[@3]( )−12r[@2]( ) Sabemos que: L [ ea t ] = 1 s − a r[!I@]=1 −I Aplicando a fórmula, temos: L [ e 2 t ] ( s ) = 1 s −2 r[!2@]( )=1 −2 Temos: L[ t n ]( s ) = n ! sn +1 r[@E]( )=E! E+1 Aplicando a fórmula, temos: 3 L [ t 3 ] ( s ) = 3 ⋅ 3 ! s 3+1 = 3 ⋅ 6 s 4 = 18 s 4 12 L [ t 2 ] ( s ) = 12 ⋅ 2 ! s 2+1 = 12 ⋅ 2 s 3 = 1 s 3 3r[@3] ( )=3⋅3! 3+1=3⋅6 4=18 412r[@2]( )=12⋅2! 2+1=12⋅2 3=1 3 Substituindo os valores, temos: L[ g ( s )]( s ) = 1 s −2+18 s 4 −1 s 3 r[n( )]( )=1 −2+18 4− 1 3 9 Marcar para revisão Marque a alternativa que apresenta a transformada de Laplace para função f(t) = senh(2t)+cosh(2t). A 2 s 2− 4 2 2−4 B 1 s −2 1 −2 C 2 s +2 2 +2 D 2 s 2+ 4 2 2+4 E ss 2−9 2−9 Resposta correta Parabéns, você selecionou a alternativa correta. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A resposta certa é: 1 s −2 1 −2 10 Marcar para revisão A transformada de Laplace é uma técnica matemática usada para resolver equações diferenciais lineares e sistemas de equações diferenciais. Dessa forma, calcule a transformada de Laplace da função: f( t ) = ⎧ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎨ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎩ 1 , 0≤ t < 10 , 1≤ t < 21 , 2≤ t < 30 , t ≥3 �(@)={1,0≤@<1 0,1≤@<21,2≤@<30,@≥3 A L{f( t )} = e − ss −1 s + e −3 ss − e −2 ss .r{�(@)}=!− −1 +!−3 −!−2 . B L{f( t )} = − e − ss + e −3 ss + e −2 ss .r{�(@)}=−!− +!−3 +!−2 . C L{f( t )} = − e − ss +1 s − e −3 ss .r{�(@)}=−!− +1 −!−3 . D L{f( t )} = −2 e − ss +2 s −2 e −3 ss +2 e −2 ss .r{�(@)}=−2!− +2 −2!−3 +2!−2 . E L{f( t )} = − e − ss +1 s − e −3 ss + e −2 ss .r{�(@)}=−!− +1 −!− 3 +!−2 . Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra E. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado Usando a definição: L{f( t )} = ∫ ∞ 0 f( t ) e − s t d t r{�(@)}=∫0∞�(@)!− @; @ Separando os intervalos e substituindo, temos: L{f( t )} = ∫ ∞ 0 f( t ) e − s t d t = ∫ 101 e − s t d t + ∫ 210 e − s t d t + ∫ 321 e − s t d t + ∫ ∞ 00 e − s t d t L{f( t )} = ∫ 101 e − s t d t + ∫ 3 21 e − s t d t = − e − s t s ∣ ∣ ∣ 10− e − s t s ∣ ∣ ∣ 32 = − e − ss +1 s − e −3 ss + e −2 ss r{�(@)}=∫0∞�(@)!− @;@=∫011!− @; @+∫120!− @;@+∫231!− @;@+∫0∞0!− @;@r{�(@)}=∫011!− @;@+∫231!− @;@=−!− @ |01−!− @ |23=−!− +1 −!−3 +!−2 Logo, L{f( t )} = − e − ss +1 s − e −3 ss + e −2 ss r{�(@)}=−!− +1 −!− 3 +!−2 1 Marcar para revisão A Laplace inversa é o processo inverso da transformada de Laplace, onde a função de domínio da frequência é convertida de volta para o domínio do tempo. Seja a função F( s ) = 1 s 3+2 s 2 �( )=1 3+2 2, calcule transformada de Laplace inversa. A f( t ) = 4 e 2 x −2 x −1 4 .�(@)=4!2"−2"−14. B f( t ) = 3 e 2 x −2 x −1 4 .�(@)=3!2"−2"−14. C f( t ) = 2 e 2 x −2 x −1 4 .�(@)=2!2"−2"−14. D f( t ) = e 2 x −2 x −1 4 .�(@)=!2"−2"−14. E f( t ) = −2 x −1 4 .�(@)=−2"−14. Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra D. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado Reescrevendo F( s ) = 1 s 3+2 s 2 �( )=1 3+2 2 G( s ) = 1 s ( s 2−1 ) �( )=1 ( 2−1), na forma de frações parciais, temos: F( s ) = 1 s 3+2 s 2 = 1 s 2 ( s −2 ) = A s + B s 2+ C s −2 = A s 2+ B −2 A s −2 B + C s 2 s 2 ( s −2 ) �( )=1 3+2 2=1 2( −2 )=X +w 2+> −2=X 2+w−2X −2w+> 2 2( −2) Temos que: ⎧ ⎪ ⎨ ⎪⎩ A + C = 0 B −2 A = 0−2 B = 1 {X+>=0w−2 X=0−2w=1 Resolvendo temos: −2 B = 1 → B = −12 B −2 A = 0 → B = 2 A → A = B 2 = −1 4 A + C = 0 → C = − A → C = 1 4 −2w=1→w=−1 2w−2X=0→w=2X→X=w2=−14X+>=0→>=−X→>=14 Construindo a expressão: 1 s 2 ( s −2 ) = A s + B s 2+ C s −2 = −1 4 s −1 4 s 2+1 4 s −2 = −1 4 s −12 s 2+1 4 ( s −2 ) =1 2( −2)=X +w 2+> −2=−14 −14 2+14 −2=−14 −12 2+14( −2)= Aplicando o Laplace inverso, temos: L −1 { 1 s 2 ( s −2 ) } = L −1 { −1 4 s −12 s 2+1 4 ( s −2 ) } = −1 4 L −1 { 1 s } −12 L − 1 { 1 s 2 } +1 4 L −1 { 1 ( s −2 ) } L −1 { 1 s 2 ( s −2 ) } = −1 4 −12 x +1 4 e 2 x = e 2 x −2 x −1 4 r−1{1 2( −2)}=r−1{−14 −12 2+14( −2)}=−14r−1{1 }−12r−1{1 2}+14r−1{1( −2)}r−1{1 2( −2)}=−14−12"+14!2"=!2"−2"−14 Logo, f( t ) = e 2 x −2 x −1 4 �(@)=!2"−2"−14 2 Marcar para revisão A transformada de Laplace possui uma propriedade importante chamada propriedade da derivada, que permite calcular a transformada de Laplace de uma derivada de uma função em termos da transformada de Laplace original da função. Calcule a inversa da transformada de Laplace de G( s ) = 1 s ( s 2−1 ) ′ �( )=1 ( 2−1)′ , utilizando a fórmula L { ∫ t 0 f( τ )d τ } = F( s )/ s r{∫0@�(�);�}= �( )/ . A g ( t ) = 12 e − t +12 e t +1. n(@)=12!−@+12!@+1. B g ( t ) = −12 e − t +12 e t −1. n(@)=−12!−@+12!@−1. C g ( t ) = 12 e − t +12 e t −1. n(@)=12!−@+12!@−1. D g ( t ) = 12 e − t −12 e t −1. n(@)=12!−@−12!@−1. E g ( t ) = −12 e − t −12 e t −1. n(@)=−12!−@−12!@−1. Respostaincorreta Opa! A alternativa correta é a letra C. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado Reescrevendo G( s ) = 1 s ( s 2−1 ) �( )=1 ( 2−1), temos: G( s ) = 1 s ( s 2−1 ) = 1 s 1 s 2−1 �( )=1 ( 2−1)=1 1 2−1 e F( s ) = 1 s 2−1 �( )=1 2−1 Calculando a inversa de F( s ) �( ) por meio de frações parciais: F( s ) = 1 s 2−1 = 1 ( s +1 )( s −1 ) = A( s +1 ) + B( s −1 )F( s ) = A( s −1 ) + B( s +1 )( s +1 )( s −1 ) = s (A + B) +1 (B − A)( s +1 )( s −1 ) = { A + B = 0 B − A = 1 → { A = −1 / 2 B = 1 / 2 �( )=1 2−1= 1( +1)( −1)=X( +1)+w( −1)�( )=X( −1)+w( +1)( +1)( −1)= (X+w)+1(w−X)( +1)( −1)={X+w=0w−X=1→{X=−1/2w=1/2 Assim, F( s ) = −1 / 2 ( s +1 ) +1 / 2 ( s −1 ) �( )=−1/2( +1)+1/ 2( −1) Sua transformada inversa é: f( t ) = −12 e − t +12 e t �(@)=−12!−@+12!@ Usando a fórmula dada: L { ∫ t 0 f( τ )d τ } = F( s )/ s r{∫0@�(�);�}=�( )/ Onde f( τ ) = −12 e − τ +12 eτ �(�)=−12!−�+12!� e − τ +12 eτ −� +12!� e F( s ) = −1 / 2 ( s +1 ) +1 / 2 ( s −1 ) �( )=−1/2 ( +1)+1/2( −1). Como G( s ) = F( s )/ s �( )=�( )/ , a sua inversa g ( t ) = ∫ t 0 f( τ )d τ n(@)=∫0@�(�);�. Calculando g ( t ) n(@): g ( t ) = ∫ t 0 ( −12 e − τ +12 eτ ) d τ = ( −12 e − τ +1 2 eτ ) ∣∣ t 0 = 12 e − t +12 e t −1 n(@)=∫0@(−12!−�+12!�);� =(−12!−�+12!�)|0@=12!−@+12!@−1 Logo, g ( t ) = 12 e − t +12 e t −1 n(@)=12!−@+12!@−1 3 Marcar para revisão Marque a alternativa que apresenta a transformada de Laplace para função f(t) = senh(2t)+cosh(2t). A 2 s 2− 4 2 2−4 B 1 s −2 1 −2 C 2 s +2 2 +2 D 2 s 2+ 4 2 2+4 E ss 2−9 2−9 Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra B. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A resposta certa é: 1 s −2 1 −2 4 Marcar para revisão As transformadas de Laplace e Fourier são técnicas matemáticas utilizadas para analisar e transformar funções de uma variável em domínios alternativos. Dessa forma, calcule a transformada de Laplace da função f( t ) = { e 2 t , 0≤ t ≤1 4 , 1≤ t �(@)={!2@,0≤@≤1 4,1≤@ A L{f( t )} = e 2− s 2− s + 4 e − ss .r{�(@)}=!2− 2− +4!− . B L{f( t )} = e 2− s 2− s −1 s + 4 e − ss .r{�(@)}=!2− 2− −1 +4!− . C L{f( t )} = e 2− s −1 s + 4 e − ss .r{�(@)}=!2− −1 +4!− . D L{f( t )} = e 2 s 2− s −12− s + 4 e − ss .r{�(@)}=!2 2− −12− +4 !− . E L{f( t )} = e 2− s 2− s −12− s + 4 e − ss .r{�(@)}=!2− 2− −12− + 4!− . Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra E. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado Usando a definição: L{f( t )} = ∫ ∞ 0 f( t ) e − s t d t r{�(@)}=∫0∞�(@)!− @; @ Separando os intervalos da integração: L{f( t )} = ∫ ∞ 0 f( t ) e − s t d t = ∫ 10 e 2 t e − s t d t + ∫ ∞ 0 4 e − s t d t = ∫ 10 e t ( 2− s )d t + ∫ ∞ 0 4 e − s t d t r{�(@)}=∫0∞�(@)!− @;@=∫01!2@!− @;@+∫0∞4!− @;@=∫01!@(2− );@+∫0∞4!− @;@ Resolvendo a parte ∫ 10 e t ( 2− s )d t ∫01!@(2− );@: Usando a regra da substituição: u = t ( 2− s ) → d u = ( 2− s )d t G=@(2− )→;G=(2− );@ Assim, quando t = 0 →u = 0 e t = 1 →u = 2− s @=0→G=0 ! @=1→G=2− Substituindo: ∫ 10 e t ( 2− s )d t = ∫ 2− s 0 eu 2− s d u = eu 2− s ∣∣ 2− s 0 = e 2− s 2− s − e 02− s = e 2− s 2− s −12− s ∫01!@(2− );@=∫02− !G2− ;G=!G2− |02− =!2− 2− −!02− =!2− 2− −12− Resolvendo a parte ∫ ∞ 0 4 e − s t d t ∫0∞4!− @;@ ∫ ∞ 0 4 e − s t d t = lim n→∞ ∫ x 0 4 e − s t d t = 4lim n→∞ − e − s t s ∣∣ x 0 = 4lim n→∞ − e − sxs + e − ss = 4 e − ss ∫0∞4 !− @;@=limE→∞∫0"4!− @;@=4limE→∞−!− @ |0"=4limE→∞−!− " +!− =4!− Voltando e substituindo na transformada: L{f( t )} = ∫ ∞ 0 f( t ) e − s t d t = ∫ 10 e t ( 2− s ) d t + ∫ ∞ 0 4 e − s t d t = e 2− s 2− s −12− s + 4 e − ss r{�( @)}=∫0∞�(@)!− @;@=∫01!@(2− );@+∫0∞4!− @;@=!2− 2− −12− +4!− Logo, L{f( t )} = e 2− s 2− s −12− s + 4 e − ss r{�(@)}=!2− 2− −12− + 4!− 5 Marcar para revisão As transformadas de Laplace e Fourier são técnicas matemáticas utilizadas para analisar e transformar funções de uma variável em domínios alternativos. Dessa forma, calcule a transformada de Laplace da função f( t ) = { e 2 t , 0≤ t ≤1 4 , 1≤ t �(@)={!2@,0≤@≤1 4,1≤@ A L{f( t )} = e 2− s 2− s + 4 e − ss .r{�(@)}=!2− 2− +4!− . B L{f( t )} = e 2− s 2− s −1 s + 4 e − ss .r{�(@)}=!2− 2− −1 +4!− . C L{f( t )} = e 2− s −1 s + 4 e − ss .r{�(@)}=!2− −1 +4!− . D L{f( t )} = e 2 s 2− s −12− s + 4 e − ss .r{�(@)}=!2 2− −12− +4 !− . E L{f( t )} = e 2− s 2− s −12− s + 4 e − ss .r{�(@)}=!2− 2− −12− + 4!− . Resposta correta Parabéns, você selecionou a alternativa correta. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado Usando a definição: L{f( t )} = ∫ ∞ 0 f( t ) e − s t d t r{�(@)}=∫0∞�(@)!− @; @ Separando os intervalos da integração: L{f( t )} = ∫ ∞ 0 f( t ) e − s t d t = ∫ 10 e 2 t e − s t d t + ∫ ∞ 0 4 e − s t d t = ∫ 10 e t ( 2− s )d t + ∫ ∞ 0 4 e − s t d t r{�(@)}=∫0∞�(@)!− @;@=∫01!2@!− @;@+∫0∞4!− @;@=∫01!@(2− );@+∫0∞4!− @;@ Resolvendo a parte ∫ 10 e t ( 2− s )d t ∫01!@(2− );@: Usando a regra da substituição: u = t ( 2− s ) → d u = ( 2− s )d t G=@(2− )→;G=(2− );@ Assim, quando t = 0 →u = 0 e t = 1 →u = 2− s @=0→G=0 ! @=1→G=2− Substituindo: ∫ 10 e t ( 2− s )d t = ∫ 2− s 0 eu 2− s d u = eu 2− s ∣∣ 2− s 0 = e 2− s 2− s − e 02− s = e 2− s 2− s −12− s ∫01!@(2− );@=∫02− !G2− ;G=!G2− |02− =!2− 2− −!02− =!2− 2− −12− Resolvendo a parte ∫ ∞ 0 4 e − s t d t ∫0∞4!− @;@ ∫ ∞ 0 4 e − s t d t = lim n→∞ ∫ x 0 4 e − s t d t = 4lim n→∞ − e − s t s ∣∣ x 0 = 4lim n→∞ − e − sxs + e − ss = 4 e − ss ∫0∞4 !− @;@=limE→∞∫0"4!− @;@=4limE→∞−!− @ |0"=4limE→∞−!− " +!− =4!− Voltando e substituindo na transformada: L{f( t )} = ∫ ∞ 0 f( t ) e − s t d t = ∫ 10 e t ( 2− s ) d t + ∫ ∞ 0 4 e − s t d t = e 2− s 2− s −12− s + 4 e − ss r{�( @)}=∫0∞�(@)!− @;@=∫01!@(2− );@+∫0∞4!− @;@=!2− 2− −12− +4!− Logo, L{f( t )} = e 2− s 2− s −12− s + 4 e − ss r{�(@)}=!2− 2− −12− + 4!− 6 Marcar para revisão A transformada de Laplace é usada para resolver equações diferenciais ordinárias com condições iniciais. Sabendo que f � é uma função seccionalmente contínua, definida sobre [ 0 , + ∞ ) [0,+∞) e cuja derivada é seccionalmente contínua e de ordem exponencial. E que f( 0 ) = 1 �(0)=1 e L{f( t )}( s ) = arctan ( s ) r{�(@ )}( )=arctan ( ), calcule L { e 2 t f ′ ( t ) } ( s ) r{!2@�′(@)}( ). A L [ e 2 t f ′ ( t ) ] ( s ) = ( s −1 ) ⋅ arctan ( s −1 ) −1. r[!2@�′(@)]( )=( −1)⋅arctan ( −1)−1. B L [ e 2 t f ′ ( t ) ] ( s ) = ( s −2 ) ⋅ arctan ( s −2 ) −1. r[!2@�′(@)]( )=( −2)⋅arctan ( −2)−1. C L [ e 2 t f ′ ( t ) ] ( s ) = ( s −3 ) ⋅ arctan ( s −3 ) −1. r[!2@�′(@)]( )=( −3)⋅arctan ( −3)−1. D L [ e 2 t f ′ ( t ) ] ( s ) = ( s − 4 ) ⋅ arctan ( s − 4 ) −1. r[!2@�′(@)]( )=( −4)⋅arctan ( −4)−1. E L [ e 2 t f ′ ( t ) ] ( s ) = ( s −5 ) ⋅ arctan ( s −5 ) −1. r[!2@�′(@)]( )=( −5)⋅arctan ( −5)−1. Resposta correta Parabéns, você selecionou a alternativa correta. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado Sabemos que: L [ f ′ ] ( s ) = s ⋅ L[f]( s ) − f( 0 )L [ f ′ ( t ) ] ( s ) = s ⋅ L[f( t )]( s ) − f( 0 )L [ f ′ ( t ) ] ( s ) = s ⋅ arctan ( s ) −1 r[�′]( )= ⋅r[�]( )−�(0)r[�′(@)]( )= ⋅r [�(@)]( )−�(0)r[�′(@)]( )= ⋅arctan ( )−1 E que a transformada de uma função vezes um exponencial é: L [ ec t f( t ) ] ( s ) = L[f( t )]( s − c )L [ e 2 t f ′ ( t ) ] ( s ) = L [ f ′ ( t ) ] ( s −2 ) r[!s@�(@ )]( )=r[�(@)]( −s)r[!2@�′(@)]( )=r[�′(@)]( −2) Agora temos L[f ′ ( t )]( s ) r[�′(@)]( ), substituindo s por s −2 −2: L [ e 2 t f ′ ( t ) ] ( s ) = ( s −2 ) ⋅ arctan ( s −2 ) −1 r[!2@�′(@)]( )=( −2)⋅arctan ( −2)−1 7 Marcar para revisão Usando a transformada da integral de f(t), obtenha a transformada de Laplace de f(t) = cos (8t) sabendo que a transformada de sen (8t) vale 8 s 2+ 64 8 2+64 A s +1 ( s 2+ 64 ) +1( 2+64) B s ( s 2+ 64 ) ( 2+64) C 2 s ( s 2− 64 ) 2 ( 2−64) D 4 ( s 2+ 64 ) 4( 2+64) E s 2 ( s 2+ 64 ) 2( 2+64) Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra A. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A resposta certa é: s +1 ( s 2+ 64 ) +1( 2+64) 8 Marcar para revisão Determine a transformadade Laplace da função g(t) = t2 cos t, sabendo que ℒ [ cos t] = ss 2+1 2+1 A s ( s 2+3 )( s 2−1 ) 3 ( 2+3)( 2−1)3 B 2 ( s 2−3 )( s 2−3 ) 2( 2−3)( 2−3) C s ( s 2−3 )( s 2+1 ) 3 ( 2−3)( 2+1)3 D 2 s ( s 2+3 )( s 2−1 ) 3 2 ( 2+3)( 2−1)3 E 2 s ( s 2−3 )( s 2+1 ) 3 2 ( 2−3)( 2+1)3 Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra E. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A resposta certa é: 2 s ( s 2−3 )( s 2+1 ) 3 2 ( 2−3)( 2+1)3 9 Marcar para revisão Sabendo que a transformada de Laplace da função f(t) vale 1 ( s 2+ 4 )( n +1 ) 1( 2+4)(E+1), sendo n um número inteiro, obtenha a transformada de Laplace de e3t f(t). A s − 4 ( s 2−6 s +13 )( n + 4 ) −4( 2−6 +13)(E+4) B s ( s 2−6 s +13 )( n +1 ) ( 2−6 +13)(E+1) C 1 ( s 2−6 s +13 )( n +1 ) 1( 2−6 +13)(E+1) D s − 4 ( s 2−6 s +26 )( n +1 ) −4( 2−6 +26)(E+1) E 4 ( s 2+6 s +26 )( n +1 ) 4( 2+6 +26)(E+1) Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra C. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A alternativa correta é a letra C, que apresenta a expressão 1 ( s 2−6 s +13 )( n +1 ) 1( 2−6 +13)(E+1). Isso ocorre porque, ao aplicar a propriedade da transformada de Laplace que diz que a transformada de eatf(t) é F(s-a), onde F(s) é a transformada de Laplace de f(t), obtemos a expressão apresentada na alternativa C. Nesse caso, a função f(t) tem como transformada de Laplace 1 ( s 2+ 4 )( n +1 ) 1( 2+4)(E+1) e a é igual a 3, portanto, substituímos s por s-3 na transformada de Laplace de f(t), resultando em 1 (( s −3 ) 2+ 4 )( n +1 ) 1(( −3)2+4)(E+1), que simplifica para 1 ( s 2−6 s +13 )( n +1 ) 1( 2−6 +13)(E+1). 10 Marcar para revisão A transformada de Laplace é usada para resolver equações diferenciais ordinárias com condições iniciais. Sabendo que f � é uma função seccionalmente contínua, definida sobre [ 0 , + ∞ ) [0,+∞) e cuja derivada é seccionalmente contínua e de ordem exponencial. E que f( 0 ) = 1 �(0)=1 e L{f( t )}( s ) = arctan ( s ) r{�(@ )}( )=arctan ( ), calcule L { e 2 t f ′ ( t ) } ( s ) r{!2@�′(@)}( ). A L [ e 2 t f ′ ( t ) ] ( s ) = ( s −1 ) ⋅ arctan ( s −1 ) −1. r[!2@�′(@)]( )=( −1)⋅arctan ( −1)−1. B L [ e 2 t f ′ ( t ) ] ( s ) = ( s −2 ) ⋅ arctan ( s −2 ) −1. r[!2@�′(@)]( )=( −2)⋅arctan ( −2)−1. C L [ e 2 t f ′ ( t ) ] ( s ) = ( s −3 ) ⋅ arctan ( s −3 ) −1. r[!2@�′(@)]( )=( −3)⋅arctan ( −3)−1. D L [ e 2 t f ′ ( t ) ] ( s ) = ( s − 4 ) ⋅ arctan ( s − 4 ) −1. r[!2@�′(@)]( )=( −4)⋅arctan ( −4)−1. E L [ e 2 t f ′ ( t ) ] ( s ) = ( s −5 ) ⋅ arctan ( s −5 ) −1. r[!2@�′(@)]( )=( −5)⋅arctan ( −5)−1. Resposta correta Parabéns, você selecionou a alternativa correta. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado Sabemos que: L [ f ′ ] ( s ) = s ⋅ L[f]( s ) − f( 0 )L [ f ′ ( t ) ] ( s ) = s ⋅ L[f( t )]( s ) − f( 0 )L [ f ′ ( t ) ] ( s ) = s ⋅ arctan ( s ) −1 r[�′]( )= ⋅r[�]( )−�(0)r[�′(@)]( )= ⋅r [�(@)]( )−�(0)r[�′(@)]( )= ⋅arctan ( )−1 E que a transformada de uma função vezes um exponencial é: L [ ec t f( t ) ] ( s ) = L[f( t )]( s − c )L [ e 2 t f ′ ( t ) ] ( s ) = L [ f ′ ( t ) ] ( s −2 ) r[!s@�(@ )]( )=r[�(@)]( −s)r[!2@�′(@)]( )=r[�′(@)]( −2) Agora temos L[f ′ ( t )]( s ) r[�′(@)]( ), substituindo s por s −2 −2: L [ e 2 t f ′ ( t ) ] ( s ) = ( s −2 ) ⋅ arctan ( s −2 ) −1 r[!2@�′(@)]( )=( −2)⋅arctan ( −2)−1 1 Marcar para revisão Um resistor de 40Ω 40Ω um indutor de 0 , 1 H 0,1U são conectados em série com uma fonte de tensão 110 V 110W. Se originalmente não existe corrente no circuito, determine a equação da corrente ao longo do tempo. A i( t ) = 11 4 ( 1− e − 400t ) A J(@)=114(1−!−400@)X B i( t ) = 11 4 ( 1− e 400t ) A J(@)=114(1−!400@)X C i( t ) = 4 11 ( 1− e − 400t ) A J(@)=411(1−!−400@)X D i( t ) = 11 4 ( 1+ e − 400t ) A J(@)=114(1+!−400@)X E i( t ) = ( 1− e − 400t ) A . J(@)=(1−!−400@)X. Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra A. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado Ldid t + Ri = V( t ) 0 , 1 did t + 40 i = 110 r;J;@+�J =W(@)0,1;J;@+40J=110 Rearranjando: did t + 400 i = 1100 ;J;@+400J=1100 Utilizando o método do fator integrante para a resolução, por meio da fórmula: I( x ) = e ∫ P( x )d x �(")=!∫j(");" Temos: I( t ) = e ∫ 400 d t = e 400t �(@)=!∫400;@=!400@ Multiplicando ambos os lados da equação por I( t ) �(@), obtemos: e 400t ⋅ did t + e 400t ⋅ 400 i = 1100 ⋅ e 400t did t ( i e 400t ) = 1100 ⋅ e 400t !400@⋅;J;@+!400@⋅400J=1100⋅!400@;J;@( J!400@)=1100⋅!400@ ]Integrando ambos os lados em relação a t : @: ∫ did t ( i e 400t ) = ∫ 1100 ⋅ e 400t d t i e 400t = ∫ 1100 ⋅ e 400t d t i e 400t = 1100 ⋅ e 400t400 + C ∫;J;@( J!400@)=∫1100⋅!400@;@J!400@=∫1100⋅!400@;@J!400@=1100⋅!400@400+> Logo a solução geral é i( t ) = 11 4 + C e − 400t J(@)=114+>!−400@ Considerando que no instante t = 0 s @=0 a i = 0 A J=0X, obtemos: i( 0 ) = 0 = 11 4 + CC = −11 4 J(0)=0=114+>>=−114 Portanto, i( t ) = 11 4 −11 4 e − 400t i( t ) = 11 4 ( 1− e − 4 00t ) A J(@)=114−114!−400@J(@)=114(1−!−400@)X Aplicando os resultados obtidos anteriormente, na solução geral para um circuito RL, temos: i( t ) = e − ( RL ) t [ ∫ e ( RL ) t V( t )L d t + C ] i( t ) = e − ( 40 3 ) t [ ∫ 12 e ( 40 3 ) t d t + C ] i( t ) = e − ( 40 3 ) t [ 910 e ( 40 3 ) t d t + C ] i( t ) = 910+ C e − ( 40 3 ) t J(@)=!−(�r)@[∫!(�r)@W(@)r;@+>]J(@)=!−(403)@ [∫12!(403)@;@+>]J(@)=!−(403)@[910!(403)@;@+>]J(@)=910+>!−(403)@ Para determinar a constante C >, aplicando a condição i( 0 ) = 0 J(0)=0 : i( 0 ) = 0 = 910+ C e − ( 40 3 ) t C = −910 J(0)=0=91 0+>!−(403)@>=−910 Logo, o modelo é determinado pela equação: i( t ) = 910−910 e − ( 40 3 ) t J(@)=910−910!−(403)@ 2 Marcar para revisão Um estagiário em seu primeiro dia de trabalho recebeu a tarefa desafio de com apenas 1200 cm2 de papelão construir um caixa. Quais devem ser as dimensões desta caixa para que seu volume seja máximo, sabendo que ela deve ter uma base quadrada e sem tampa? A V máx = 1000 cm 3 .Wmáx =1000s\3. B V máx = 2000 cm 3 .Wmáx =2000s\3. C V máx = 3000 cm 3 .Wmáx =3000s\3. D V máx = 4000 cm 3 .Wmáx =4000s\3. E V máx = 5000 cm 3 .Wmáx =5000s\3. Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra D. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado Considerando uma caixa de base quadrada, com lado de tamanho y C e altura x ". A área superficial será dada soma da área da base com as áreas dos lados dessa caixa e tem área máxima de 1200 cm 2 1200s\2 : A = y 2+ 4 xy = 1200 cm 2 X=C2+4"C=1200s\2 Já seu volume será dado pelo produto da área da base pela sua altura: Isolando x " na equação da área: x = 1200− y 2 4 y "=1200−C24C Substituindo x " na equação do volume: V = y 2 ( 1200− y 2 4 y ) = 300 y − y 3 4 W=C2(120 0−C24C)=300C−C34 Derivando o volume para determinar o ponto de máximo: V ′ = 300−3 y 2 4 = 03 y 2 = 4 ⋅ 300 →y 2 = 400 →y = 20 c m W′=300−3C24=03C2=4⋅300→C2=400→C=20s\ Voltando na equação do volume, para determinar o volume máximo: V = 300 y − y 3 4 = 300 ⋅ 20−203 4 V máx = 4000 cm 3 .W= 300C−C34=300⋅20−2034Wmáx =4000s\3. 3 Marcar para revisão Determine o valor da carga de um capacitor Q(t) em um circuito RLC sabendo que R = 20Ω, C = 2 x 10^-3 F, L = 1 H e v(t) = 12 sen(10t). Sabe-se que a carga e a corrente elétrica para t = 0 são nulas. A e-10t[0,012cos20t-0,006 sen20t]+0,012cos10t+0,024 sen(10t) B e-20t[0,012cos(20t)-0,006 sen(20t)]+0,012cos(10t)+0,024 sen(10t) C e-10t[-0,012cos(20t)+0,006 sen(20t)]+0,012cos(10t)-0,024 sen(10t) D e-20t[-0,012cos(20t)+0,006 sen(20t)]+0,012cos(10t)-0,024 sen(10t) E 0,012cos(20t)-0,006 sen(20t)]+0,012cos(10t)+0,024 sen(10t) Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra A. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A carga de um capacitor em um circuito RLC pode ser determinada pela equação e- 10t[0,012cos20t-0,006 sen20t]+0,012cos10t+0,024 sen(10t). Esta equação é derivada da equação diferencial que descreve o comportamento de um circuito RLC, levando em consideração as condiçõesiniciais do problema, que são a carga e a corrente elétrica nulas para t = 0. As demais alternativas não correspondem à solução correta da equação diferencial para as condições dadas. 4 Marcar para revisão Um circuito RLC é formado por uma fonte de tensão de 1 , 5 V 1,5W, um resistor de 20 Ω 20Ω, um capacitor de 10−3 F 10−3� e um indutor de 0 , 1 H 0,1U todos conectados em série. Determine a carga que circula pelo circuito em todo tempo, se inicialmente o capacitor estiver totalmente descarregado e não flui corrente sobre o circuito. A q ( t ) = 0 , 0015 ( 1− e −100 t −100 e −100 t ) C .�(@)= 0,0015(1−!−100@−100!−100@)>. B q ( t ) = 0 , 015 ( 1− e −100 t −100 e −100 t ) C .�(@)=0, 015(1−!−100@−100!−100@)>. C q ( t ) = 0 , 15 ( 1− e −100 t −100 e −100 t ) C .�(@)=0,1 5(1−!−100@−100!−100@)>. D q ( t ) = 1 , 5 ( 1− e −100 t −100 e −100 t ) C .�(@)=1,5( 1−!−100@−100!−100@)>. E q ( t ) = 15 ( 1− e −100 t −100 e −100 t ) C .�(@)=15(1− !−100@−100!−100@)>. Resposta correta Parabéns, você selecionou a alternativa correta. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A equação para um circuito RLC é dada por: Ldid t + Ri + q C = V( t ) → 0 , 1 did t +20 i +10−3 q = 1 , 5 r;J;@+�J+�>=W(@)→0,1;J;@+20J+10−3�=1,5 Rearranjando: d 2 q d t 2+200 d q d t +10 4 q = 15 ;2�;@2+200;�;@+ 104�=15 Para resolver, vamos utilizar o método dos coeficientes a determinar. Primeiramente determinaremos a solução geral da equação homogênea associada e posteriormente a solução particular dessa EDO não-homogênea. Neste caso, temos que a equação homogênea associada é: d 2 q d t 2+200 d q d t +10 4 q = 0 ;2�;@2+200;�;@+1 04�=0 Com as condições iniciais q ( 0 ) = 0 C �(0)=0> e i( 0 ) = 0 A J(0)=0X. A equação característica é r 2+200 r +10 4 = 0 k2+200k+104=0 As raízes são: r ′ = r ′′ = −100 k′=k′′=−100. Como as raízes são iguais, a solução geral da equação homogênea fica q h( t ) = C 1 e −100 t + C 2 e −100 t �ℎ(@)=>1!−100@+>2! −100@ Por outro lado, uma solução particular é qp ( t ) = 1510000 = 0 , 0015 �:(@)=1510000=0,0015 A carga é dada por: q ( t ) = qp ( t ) + q h( t ) →q ( t ) = 0 , 0015+ C 1 e −100 t + C 2 e −100 t �(@)=�:(@)+�ℎ(@)→�(@)=0,0015+>1!− 100@+>2!−100@ Derivando a carga em relação ao tempo para se obter a corrente no circuito: i( t ) = −100 C 1 e −100 t + C 2 e −100 t −100 C 2 e −1 00 t J(@)=−100>1!−100@+>2!−100@−100>2!−100@ Usando as condições iniciais, q ( 0 ) = 0 C �(0)=0> e i( 0 ) = 0 A J(0)=0X, obtemos as equações: 0 , 0015+ C 1 = 0−100 C 1+ C 2 = 0 0,0015+>1=0−100>1+ >2=0 De onde, temos C 1 = −0 , 0015 >1=−0,0015 e C 2 = −0 , 15 >2=−0,15. Então substituindo os valores encontrados, temos que a que a carga é: q ( t ) = 0 , 0015+ ( −0 , 0015 ) e −100 t + ( −0 , 15 ) e −100 t q ( t ) = 0 , 0015−0 , 0015 e −100 t −0 , 15 e −100 t q ( t ) = 0 , 0015 ( 1− e −100 t −100 e −100 t ) C �(@) =0,0015+(−0,0015)!−100@+(−0,15)!−100@�(@)=0,0015−0,0015!−100@−0,15!−100@�(@)=0,0015(1−!−100@−100!−100@)> 5 Marcar para revisão Um objeto com massa de 2 kg está em queda livre em um ambiente cuja constante de proporcionalidade da resistência do ar é de k Ns2/m. O objeto sai do repouso. Determine o valor de k sabendo que ele atinge uma velocidade máxima de 80 m/s. A 0,15 B 0,25 C 0,35 D 0,50 E 1.00 Resposta correta Parabéns, você selecionou a alternativa correta. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado Para resolver essa questão, precisamos entender que a velocidade máxima de um objeto em queda livre é alcançada quando a força de resistência do ar é igual à força gravitacional atuando sobre o objeto. A força de resistência do ar é dada pela fórmula F = kv², onde k é a constante de proporcionalidade e v é a velocidade. A força gravitacional é dada por F = mg, onde m é a massa do objeto e g é a aceleração devido à gravidade. Igualando as duas equações e resolvendo para k, obtemos k = mg/v². Substituindo os valores dados na questão (m = 2 kg, g = 9,8 m/s² e v = 80 m/s), encontramos k = 0,25 Ns2/m. Portanto, a alternativa correta é: 0,25. 6 Marcar para revisão Uma esfera com 200 C de temperatura é colocada totalmente em um líquido que está a 1000 C. Sabendo que a constante de tempo de aquecimento vale 10 seg., determine a temperatura da esfera, em 0C, após 10 seg. A Entre 60 e 70 B Entre 70 e 80 C Entre 80 e 90 D Entre 90 e 100 E Entre 100 e 110 Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra B. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A questão envolve o conceito de constante de tempo de aquecimento, que é o tempo necessário para que a temperatura de um objeto mude em 63,2% da diferença entre a temperatura inicial e a temperatura final. No caso, a temperatura inicial da esfera é de 200C e a temperatura final é de 1000C, uma diferença de 800C. Portanto, após 10 segundos (uma constante de tempo), a esfera terá aquecido 63,2% dessa diferença, ou seja, aproximadamente 500C. Somando isso à temperatura inicial da esfera, chegamos a uma temperatura entre 70 e 800C. 7 Marcar para revisão Deseja-se construir uma janela normanda, para isso coloca-se um semicírculo em cima de uma janela retangular, conforme esquematizada na figura abaixo. Encontre as dimensões da janela de área máxima, sabendo-se que seu perímetro é de 5 m. A x = 20 4 + πm e y = 5 4 + πm "=204+£\ e C=54+£\ B x = 10 4 + πm e y = 5 4 + πm "=104+£\ e C=54+£\ C x = 5 4 + πm e y = 10 4 + πm "=54+£\ e C=104+£\ D x = 102+ πm e y = 52+ πm "=102+£\ e C=52+£\ E x = 1 4 + πm e y = 1 4 + πm "=14+£\ e C=14+£\ Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra B. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado Para encontrar a área máxima, vamos dividir em duas áreas diferentes, do retângulo e do semicírculo: A ret. = xy A sem. = πr 22 Xret. ="CXsem. =£k22 Sabemos que r = x 2 k="2, logo A sem. = π ( x 2 ) 22 = πx 28 Xsem. =£("2)22=£"28 Área total da janela: A total = A ret. + A sem. = xy + πx 28 Xtotal =Xret. +Xsem. ="C +£"28 Determinando a relação entre as variáveis a partir do perímetro que vale 5 m 5\ : 2 y + x +2 πr 2 = 52 y + x + πr = 5 2C+"+2£k2=52C+"+£k=5 Substituindo o r k por x 2 "2, temos: 2 y + x + πx 2 = 5 2C+"+£"2=5 Para encontrar a área máxima, vamos dividir em duas áreas diferentes, do retângulo e do semicírculo: A ret. = xy A sem. = πr 22 Xret. ="CXsem. =£k22 Sabemos que r = x 2 k="2, logo A sem. = π ( x 2 ) 22 = πx 28 Xsem. =£("2)22=£"28 Área total da janela: A total = A ret. + A sem. = xy + πx 28 Xtotal =Xret. +Xsem. ="C +£"28 Determinando a relação entre as variáveis a partir do perímetro que vale 5 m 5\ : 2 y + x +2 πr 2 = 52 y + x + πr = 5 2C+"+2£k2=52C+"+£k=5 Substituindo o r k por x 2 "2, temos: 2 y + x + πx 2 = 5 2C+"+£"2=5 Agora precisamos descobrir se o ponto encontrado é o máximo da função. Analisando o sinal da derivada perto de x = 10 4 + π ′ "=104+£′, temos: - Antes de x = 10 4 + π: A ′ total > 0 "=104+£:Xtotal ′>0 - Depois de x = 10 4 + π: A ′ total < 0 "=104+£:Xtotal ′<0 Logo, x = 10 4 + π "=104+£ é um ponto de máximo local. Também precisamos do valor de y C quando x = 10 4 + π "=104+£. Sabemos que y = 10− x ( 2+ π ) 4 C=10−"(2+£)4 Substituindo o valor de x " que encontramos y = 10−10 4 + π ⋅ ( 2+ π ) 4 = 10 ( 4 + π ) −10 ⋅ ( 2+ π ) 4 + π 4 = 40 +10 π −20+10 π 4 + π 4 y = 20 4 + π 4 = 20 4 ( 4 + π ) = 5 4 + π C=10−104+£⋅(2+£)4=10(4+£)−10⋅(2+£)4+£4 =40+10£−20+10£4+£4C=204+£4=204(4+£)=54+£ Assim, as dimensões para a janela de área máxima devem ser: x = 10 4 + πm "=104+£\ y = 5 4 + πm C=54+£\ 8 Marcar para revisão Um objeto com massa de 5 kg está em queda livre em um ambiente cuja constante de proporcionalidade da resistência do ar é de 0,5 Ns2/m. O objeto sai do repouso. Determine a expressão da velocidade em função do tempo obtida por ele durante sua queda. Considere a aceleração da gravidade como 10 m/s2. A v(t)=50(1-e-0,1t)m/s B v(t)=150(1-e-0,2t)m/s C v(t)=100(1-e-0,1t)m/s D v(t)=150(1-e-0,1t)m/s E v(t)=50(1-e-0,2t)m/sResposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra C. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A expressão correta para a velocidade do objeto em função do tempo durante a queda é v(t)=100(1-e-0,1t)m/s. Esta expressão é derivada da equação do movimento de um objeto em queda livre com resistência do ar, onde a velocidade é dada pela aceleração da gravidade multiplicada pelo tempo, menos o produto da constante de proporcionalidade da resistência do ar e a velocidade. Neste caso, a aceleração da gravidade é 10 m/s2, a massa do objeto é 5 kg e a constante de proporcionalidade da resistência do ar é 0,5 Ns2/m, resultando na expressão dada. 9 Marcar para revisão Um circuito RLC é formado por uma fonte de tensão de 1 , 5 V 1,5W, um resistor de 20 Ω 20Ω, um capacitor de 10−3 F 10−3� e um indutor de 0 , 1 H 0,1U todos conectados em série. Determine a corrente que circula pelo circuito em todo tempo, se inicialmente o capacitor estiver totalmente descarregado e não flui corrente sobre o circuito. A i( t ) = 150 e −100 t A .J(@)=150!−100@X. B i( t ) = 1 , 5 e −100 t A .J(@)=1,5!−100@X. C i( t ) = 0 , 15 e −100 t A .J(@)=0,15!−100@X. D i( t ) = 15 e −100 t A .J(@)=15!−100@X. E i( t ) = 0 , 015 e −100 t A .J(@)=0,015!−100@X. Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra D. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A equação para um circuito RLC é dada por: Ldid t + Ri + q C = V( t ) → 0 , 1 did t +20 i +10−3 q = 1 , 5 r;J;@+�J+�>=W(@)→0,1;J;@+20J+10−3�=1,5 Rearranjando: d 2 q d t 2+200 d q d t +10 4 q = 15 ;2�;@2+200;�;@+ 104�=15 Para resolver, vamos utilizar o método dos coeficientes a determinar. Primeiramente determinaremos a solução geral da equação homogênea associada e posteriormente a solução particular dessa EDO não-homogênea. Neste caso, temos que a equação homogênea associada é: d 2 q d t 2+200 d q d t +10 4 q = 0 ;2�;@2+200;�;@+1 04�=0 Com as condições iniciais q ( 0 ) = 0 C �(0)=0> e i( 0 ) = 0 A J(0)=0X. A equação característica é r 2+200 r +10 4 = 0 k2+200k+104=0 As raízes são: r ′ = r ′′ = −100 k′=k′′=−100 Como as raízes são iguais, a solução geral da equação homogênea fica q h( t ) = C 1 e −100 t + C 2 e −100 t �ℎ(@)=>1!−100@+>2! −100@ Por outro lado, uma solução particular é qp ( t ) = 1510000 = 0 , 0015 �:(@)=1510000=0,0015 A carga é dada por: q ( t ) = qp ( t ) + q h( t ) →q ( t ) = 0 , 0015+ C 1 e −100 t + C 2 e −100 t �(@)=�:(@)+�ℎ(@)→�(@)=0,0015+>1!− 100@+>2!−100@ Derivando a carga em relação ao tempo para se obter a corrente no circuito: i( t ) = −100 C 1 e −100 t + C 2 e −100 t −100 C 2 e −1 00 t J(@)=−100>1!−100@+>2!−100@−100>2!−100@ Usando as condições iniciais, q ( 0 ) = 0 C �(0)=0> e i( 0 ) = 0 A J(0)=0X, obtemos as equações: 0 , 0015+ C 1 = 0−100 C 1+ C 2 = 0 0,0015+>1=0−100>1+ >2=0 De onde, temos C 1 = −0 , 0015 >1=−0,0015 e C 2 = −0 , 15 >2=−0,15. Então substituindo os valores encontrados, temos que a que a corrente é: i( t ) = −100 ( −0 , 0015 ) e −100 t + ( −0 , 15 ) e −100 t −100 ( −0 , 15 ) e −100 t i( t ) = 0 , 15 e −100 t −0 , 1 5 e −100 t +15 e −100 t i( t ) = 15 e −100 t A J(@)=−100(−0 ,0015)!−100@+(−0,15)!−100@−100(−0,15)!−100@J(@)=0,15!−100@−0,15!−100@+15!−100@J(@)=15!−100@X 10 Marcar para revisão Seja um sistema massa-mola na vertical preso a um amortecedor com constante de amortecimento c = 32. A mola tem constante elástica de k e o corpo preso a ela tem massa de 4 kg. O sistema está em equilíbrio com um espaçamento da mola de 0,4 m. Após esticar o corpo e largar o mesmo em um esticamento da mola total de 0,8 m, ele entrará em movimento. Marque a alternativa verdadeira relacionada a k sabendo que o movimento será do tipo amortecido crítico. A k = 32 B k < 32 C k > 64 D k = 64 E k < 64 Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra D. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A resposta correta é: k = 64. O movimento será amortecido crítico quando a constante de amortecimento c for igual à 2√mk. No caso, c = 32 e m = 4 kg, então k = 64. 1 Marcar para revisão Determine o valor da carga de um capacitor Q(t) em um circuito RLC sabendo que R = 20Ω, C = 2 x 10^-3 F, L = 1 H e v(t) = 12 sen(10t). Sabe-se que a carga e a corrente elétrica para t = 0 são nulas. A e-10t[0,012cos20t-0,006 sen20t]+0,012cos10t+0,024 sen(10t) B e-20t[0,012cos(20t)-0,006 sen(20t)]+0,012cos(10t)+0,024 sen(10t) C e-10t[-0,012cos(20t)+0,006 sen(20t)]+0,012cos(10t)-0,024 sen(10t) D e-20t[-0,012cos(20t)+0,006 sen(20t)]+0,012cos(10t)-0,024 sen(10t) E 0,012cos(20t)-0,006 sen(20t)]+0,012cos(10t)+0,024 sen(10t) Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra A. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A alternativa correta é a letra A. A carga de um capacitor em um circuito RLC pode ser determinada pela equação e-10t[0,012cos20t-0,006 sen20t]+0,012cos10t+0,024 sen(10t). Esta equação é derivada da equação diferencial que descreve o comportamento de um circuito RLC, levando em consideração as condições iniciais do problema, que são a carga e a corrente elétrica nulas para t = 0. As demais alternativas não correspondem à solução correta da equação diferencial para as condições dadas. 2 Marcar para revisão Deseja-se construir uma janela normanda, para isso coloca-se um semicírculo em cima de uma janela retangular, conforme esquematizada na figura abaixo. Encontre as dimensões da janela de área máxima, sabendo-se que seu perímetro é de 5 m. A x = 20 4 + πm e y = 5 4 + πm "=204+£\ e C=54+£\ B x = 10 4 + πm e y = 5 4 + πm "=104+£\ e C=54+£\ C x = 5 4 + πm e y = 10 4 + πm "=54+£\ e C=104+£\ D x = 102+ πm e y = 52+ πm "=102+£\ e C=52+£\ E x = 1 4 + πm e y = 1 4 + πm "=14+£\ e C=14+£\ Resposta correta Parabéns, você selecionou a alternativa correta. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado Para encontrar a área máxima, vamos dividir em duas áreas diferentes, do retângulo e do semicírculo: A ret. = xy A sem. = πr 22 Xret. ="CXsem. =£k22 Sabemos que r = x 2 k="2, logo A sem. = π ( x 2 ) 22 = πx 28 Xsem. =£("2)22=£"28 Área total da janela: A total = A ret. + A sem. = xy + πx 28 Xtotal =Xret. +Xsem. ="C +£"28 Determinando a relação entre as variáveis a partir do perímetro que vale 5 m 5\ : 2 y + x +2 πr 2 = 52 y + x + πr = 5 2C+"+2£k2=52C+"+£k=5 Substituindo o r k por x 2 "2, temos: 2 y + x + πx 2 = 5 2C+"+£"2=5 Para encontrar a área máxima, vamos dividir em duas áreas diferentes, do retângulo e do semicírculo: A ret. = xy A sem. = πr 22 Xret. ="CXsem. =£k22 Sabemos que r = x 2 k="2, logo A sem. = π ( x 2 ) 22 = πx 28 Xsem. =£("2)22=£"28 Área total da janela: A total = A ret. + A sem. = xy + πx 28 Xtotal =Xret. +Xsem. ="C +£"28 Determinando a relação entre as variáveis a partir do perímetro que vale 5 m 5\ : 2 y + x +2 πr 2 = 52 y + x + πr = 5 2C+"+2£k2=52C+"+£k=5 Substituindo o r k por x 2 "2, temos: 2 y + x + πx 2 = 5 2C+"+£"2=5 Agora precisamos descobrir se o ponto encontrado é o máximo da função. Analisando o sinal da derivada perto de x = 10 4 + π ′ "=104+£′, temos: - Antes de x = 10 4 + π: A ′ total > 0 "=104+£:Xtotal ′>0 - Depois de x = 10 4 + π: A ′ total < 0 "=104+£:Xtotal ′<0 Logo, x = 10 4 + π "=104+£ é um ponto de máximo local. Também precisamos do valor de y C quando x = 10 4 + π "=104+£. Sabemos que y = 10− x ( 2+ π ) 4 C=10−"(2+£)4 Substituindo o valor de x " que encontramos y = 10−10 4 + π ⋅ ( 2+ π ) 4 = 10 ( 4 + π ) −10 ⋅ ( 2+ π ) 4 + π 4 = 40 +10 π −20+10 π 4 + π 4 y = 20 4 + π 4 = 20 4 ( 4 + π ) = 5 4 + π C=10−104+£⋅(2+£)4=10(4+£)−10⋅(2+£)4+£4 =40+10£−20+10£4+£4C=204+£4=204(4+£)=54+£ Assim, as dimensões para a janela de área máxima devem ser: x = 10 4 + πm "=104+£\ y = 5 4 + πm C=54+£\ 3 Marcar para revisão Um circuito RLC é formado por uma fonte de tensão de 1 , 5 V 1,5W, um resistor de 20 Ω 20Ω, um capacitor de 10−3 F 10−3� e um indutor de 0 , 1 H 0,1U todos conectados em série. Determine a corrente que circulapelo circuito em todo tempo, se inicialmente o capacitor estiver totalmente descarregado e não flui corrente sobre o circuito. A i( t ) = 150 e −100 t A .J(@)=150!−100@X. B i( t ) = 1 , 5 e −100 t A .J(@)=1,5!−100@X. C i( t ) = 0 , 15 e −100 t A .J(@)=0,15!−100@X. D i( t ) = 15 e −100 t A .J(@)=15!−100@X. E i( t ) = 0 , 015 e −100 t A .J(@)=0,015!−100@X. Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra D. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A equação para um circuito RLC é dada por: Ldid t + Ri + q C = V( t ) → 0 , 1 did t +20 i +10−3 q = 1 , 5 r;J;@+�J+�>=W(@)→0,1;J;@+20J+10−3�=1,5 Rearranjando: d 2 q d t 2+200 d q d t +10 4 q = 15 ;2�;@2+200;�;@+ 104�=15 Para resolver, vamos utilizar o método dos coeficientes a determinar. Primeiramente determinaremos a solução geral da equação homogênea associada e posteriormente a solução particular dessa EDO não-homogênea. Neste caso, temos que a equação homogênea associada é: d 2 q d t 2+200 d q d t +10 4 q = 0 ;2�;@2+200;�;@+1 04�=0 Com as condições iniciais q ( 0 ) = 0 C �(0)=0> e i( 0 ) = 0 A J(0)=0X. A equação característica é r 2+200 r +10 4 = 0 k2+200k+104=0 As raízes são: r ′ = r ′′ = −100 k′=k′′=−100 Como as raízes são iguais, a solução geral da equação homogênea fica q h( t ) = C 1 e −100 t + C 2 e −100 t �ℎ(@)=>1!−100@+>2! −100@ Por outro lado, uma solução particular é qp ( t ) = 1510000 = 0 , 0015 �:(@)=1510000=0,0015 A carga é dada por: q ( t ) = qp ( t ) + q h( t ) →q ( t ) = 0 , 0015+ C 1 e −100 t + C 2 e −100 t �(@)=�:(@)+�ℎ(@)→�(@)=0,0015+>1!− 100@+>2!−100@ Derivando a carga em relação ao tempo para se obter a corrente no circuito: i( t ) = −100 C 1 e −100 t + C 2 e −100 t −100 C 2 e −1 00 t J(@)=−100>1!−100@+>2!−100@−100>2!−100@ Usando as condições iniciais, q ( 0 ) = 0 C �(0)=0> e i( 0 ) = 0 A J(0)=0X, obtemos as equações: 0 , 0015+ C 1 = 0−100 C 1+ C 2 = 0 0,0015+>1=0−100>1+ >2=0 De onde, temos C 1 = −0 , 0015 >1=−0,0015 e C 2 = −0 , 15 >2=−0,15. Então substituindo os valores encontrados, temos que a que a corrente é: i( t ) = −100 ( −0 , 0015 ) e −100 t + ( −0 , 15 ) e −100 t −100 ( −0 , 15 ) e −100 t i( t ) = 0 , 15 e −100 t −0 , 1 5 e −100 t +15 e −100 t i( t ) = 15 e −100 t A J(@)=−100(−0 ,0015)!−100@+(−0,15)!−100@−100(−0,15)!−100@J(@)=0,15!−100@−0,15!−100@+15!−100@J(@)=15!−100@X 4 Marcar para revisão Um objeto com massa de 2 kg está em queda livre em um ambiente cuja constante de proporcionalidade da resistência do ar é de k Ns2/m. O objeto sai do repouso. Determine o valor de k sabendo que ele atinge uma velocidade máxima de 80 m/s. A 0,15 B 0,25 C 0,35 D 0,50 E 1.00 Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra B. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado Para resolver essa questão, precisamos entender que a velocidade máxima de um objeto em queda livre é alcançada quando a força de resistência do ar é igual à força gravitacional atuando sobre o objeto. A força de resistência do ar é dada pela fórmula F = kv², onde k é a constante de proporcionalidade e v é a velocidade. A força gravitacional é dada por F = mg, onde m é a massa do objeto e g é a aceleração devido à gravidade. Igualando as duas equações e resolvendo para k, obtemos k = mg/v². Substituindo os valores dados na questão (m = 2 kg, g = 9,8 m/s² e v = 80 m/s), encontramos k = 0,25 Ns2/m. Portanto, a alternativa correta é a B: 0,25. 5 Marcar para revisão Um circuito em série consiste em um indutor de 0 , 25 H 0,25U, um resistor de 40Ω 40Ω, um capacitor de 4 × 10− 4 F 4×10−4� e uma força eletromotriz dada por V( t ) = 5 sen 100 t V W(@)=5sen 100@W. Se a corrente inicial e a carga inicial no capacitor são ambos zeros, determinar a carga no capacitor para qualquer tempo t > 0 @>0. A q ( t ) = e −20 t ( 1800 cos 60 x +1600 sen 60 x ) −1800 cos 100 t .�(@)=!−20@(1800cos 60"+1600sen 60")−1 800cos 100@. B q ( t ) = e −80 t ( 1800 cos 60 x +1600 sen 60 x ) −1800 cos 100 t .�(@)=!−80@(1800cos 60"+1600sen 60")−1 800cos 100@. C q ( t ) = e −80 t ( 180 cos 60 x +160 sen 60 x ) − 180 cos 100 t .�(@)=!−80@(180cos 60"+160sen 60")−180cos 100@. D q ( t ) = e −80 t ( 1800 cos 60 x +1600 sen 60 x ) −1800 cos 10 t .�(@)=!−80@(1800cos 60"+1600sen 60")−18 00cos 10@. E q ( t ) = e −80 t ( 1600 cos 60 x +1800 sen 60 x ) −1800 cos 100 t .�(@)=!−80@(1600cos 60"+1800sen 60")−1 800cos 100@. Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra B. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A equação para um circuito RLC é dada por: Ldid t + Ri + q C = V( t ) → 0 , 25 did t + 40 i + q 4 × 10− 4 = 5 sen 100 t V r;J;@+�J+�>=W(@)→0,25;J;@+40J +�4×10−4=5sen 100@W Rearranjando após multiplicar os membros por 4 : d 2 q d t 2+160 d q d t +10000 q = 20 sen 100 t ;2�;@ 2+160;�;@+10000�=20sen 100@ Note que se trata de uma EDO linear de segunda ordem não-homogênea de coeficientes. A equação característica da equação homogênea associada é r 2+160 r +10000 = 0 k2+160k+10000=0 As raízes são: r ′ = −80+60 i k′=−80+60J e r ′′ = −80−60 i k′′=−80−60J. Como tem raízes complexas conjugadas, a solução geral será da forma y ( x ) = eax (C 1 cos b x + C 2 sen b x ) C(")=!I"(>1co s v"+>2sen v") Logo, q h( t ) = e −80 t (C 1 cos 60 x + C 2 sen 60 x ) �ℎ(@)=! −80@(>1cos 60"+>2sen 60") Usando o método dos coeficientes a determinar, chega-se à solução particular: qp ( t ) = −1800 cos 100 t �:(@)=−1800cos 100@ A solução dessa EDO é q ( t ) = qp ( t ) + q h( t ) →q ( t ) = e −80 t (C 1 cos 60 x + C 2 sen 60 x ) −1800 cos 100 t �(@)=�:(@)+�ℎ(@ )→�(@)=!−80@(>1cos 60"+>2sen 60")−1800cos 100@ Das condições iniciais q ( 0 ) = 0 C �(0)=0> e i( 0 ) = 0 A J(0)=0X segue que C 1−1800 = 0−80 C 1+60 C 2 = 0 >1−1800=0−80>1+60>2= 0 De onde, temos C 1 = 1800 >1=1800 e C 2 = 1600 >2=1600. Então substituindo os valores encontrados, temos que a que a carga é: q ( t ) = e −80 t (C 1 cos 60 x + C 2 sen 60 x ) −1800 cos 100 t q ( t ) = e −80 t ( 1800 cos 60 x +1600 sen 60 x ) −1800 cos 100 t �(@)=!−80@(>1cos 60"+>2sen 60 ")−1800cos 100@�(@)=!−80@(1800cos 60"+1600sen 60")−1800cos 100@ 6 Marcar para revisão Você foi incumbido de delimitar um terreno retangular de 300 m2 usando muros externos e divisórias internas como mostrado na figura abaixo. Sabendo-se que o preço do muro é de R 10 , 00 / meopre ç o d as di v i s ó r i as é d e R 10,00/ \!u:k!çu;I ;JFJ ókJI é;!� 5,00/m, determine as dimensões do terreno de modo que o custo total seja o menor possível. A x = 5 √ 6 m e y = 10 √ 6 m ."=56\ e C=106\. B x = 6 √ 10 m e y = 5 √ 6 m ."=610\ e C=56\. C x = 6 √ 10 m e y = 6 √ 10 m ."=610\ e C=610\. D x = 5 √ 10 m e y = 6 √ 10 m ."=510\ e C=610\. E x = 10 √ 10 m e y = 10 √ 10 m ."=1010\ e C=1010\. Resposta correta Parabéns, você selecionou a alternativa correta. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado Área do terreno: A ret. = xy = 300 m 2 Xret. ="C=300\2 Sabe-se que, pela figura, serão necessários 2 x + y 2"+C metros de divisórias e 2 x +2 y 2"+2C metros de muro. Assim, o custo total será: C = 5 ( 2 x + y ) +10 ( 2 x +2 y ) = 10 x +5 y +20 x + 200 y = 30 x +25 y >=5(2"+C)+10(2"+2C)=10"+5C+20"+200C =30"+25C Usando a equação da área para isolar o y C em função do x " : y = 300 x C=300" Voltando na equação e custo: C = 30 x +25 y = 30 x +25 ( 300 x ) = 30 x + 7500 x >=30"+25C=30"+25(300")=30"+7500" Derivando o custo para obter o custo mínimo: C ′ = 30+ 7500 x 2 = 30 x 2+ 7500 x 2 >′=30+7500"2=30"2 +7500"2 Verificando os pontos críticos, fazendo C ′ = 0 >′=0 30 x 2+ 7500 x 2 = 030 x 2+ 7500 = 0 →x 2 = 250 →x = √ 250 = 5 √ 10 30"2+7500"2=030"2+7500=0→"2=250→"=250 =510 Analisando o sinal da derivada: Quando x < 5 √ 10 : C ′< 0 "<510:>′<0 Quando x > 5 √ 10 : C ′> 0 ">510:>′>0 portanto x = 5 √ 10 "=510 é um mínimo da função. Voltando na equação da área e substituindo o valor de x " encontrado para determinar o valor de y C. 5 √ 10 ⋅ y = 300 y = 3005 √ 10 = 60 √ 10 = 60 √ 1010 = 6 √ 10 510⋅C=300C=300510=6010=601010=610As dimensões para minimizar o custo em delimitar o terreno são: x = 5 √ 10 m e y = 6 √ 10 m ."=510\ e C=610\. 7 Marcar para revisão Deseja-se construir uma janela normanda, para isso coloca-se um semicírculo em cima de uma janela retangular, conforme esquematizada na figura abaixo. Encontre as dimensões da janela de área máxima, sabendo-se que seu perímetro é de 5 m. A x = 20 4 + πm e y = 5 4 + πm "=204+£\ e C=54+£\ B x = 10 4 + πm e y = 5 4 + πm "=104+£\ e C=54+£\ C x = 5 4 + πm e y = 10 4 + πm "=54+£\ e C=104+£\ D x = 102+ πm e y = 52+ πm "=102+£\ e C=52+£\ E x = 1 4 + πm e y = 1 4 + πm "=14+£\ e C=14+£\ Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra B. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado Para encontrar a área máxima, vamos dividir em duas áreas diferentes, do retângulo e do semicírculo: A ret. = xy A sem. = πr 22 Xret. ="CXsem. =£k22 Sabemos que r = x 2 k="2, logo A sem. = π ( x 2 ) 22 = πx 28 Xsem. =£("2)22=£"28 Área total da janela: A total = A ret. + A sem. = xy + πx 28 Xtotal =Xret. +Xsem. ="C +£"28 Determinando a relação entre as variáveis a partir do perímetro que vale 5 m 5\ : 2 y + x +2 πr 2 = 52 y + x + πr = 5 2C+"+2£k2=52C+"+£k=5 Substituindo o r k por x 2 "2, temos: 2 y + x + πx 2 = 5 2C+"+£"2=5 Para encontrar a área máxima, vamos dividir em duas áreas diferentes, do retângulo e do semicírculo: A ret. = xy A sem. = πr 22 Xret. ="CXsem. =£k22 Sabemos que r = x 2 k="2, logo A sem. = π ( x 2 ) 22 = πx 28 Xsem. =£("2)22=£"28 Área total da janela: A total = A ret. + A sem. = xy + πx 28 Xtotal =Xret. +Xsem. ="C +£"28 Determinando a relação entre as variáveis a partir do perímetro que vale 5 m 5\ : 2 y + x +2 πr 2 = 52 y + x + πr = 5 2C+"+2£k2=52C+"+£k=5 Substituindo o r k por x 2 "2, temos: 2 y + x + πx 2 = 5 2C+"+£"2=5 Agora precisamos descobrir se o ponto encontrado é o máximo da função. Analisando o sinal da derivada perto de x = 10 4 + π ′ "=104+£′, temos: - Antes de x = 10 4 + π: A ′ total > 0 "=104+£:Xtotal ′>0 - Depois de x = 10 4 + π: A ′ total < 0 "=104+£:Xtotal ′<0 Logo, x = 10 4 + π "=104+£ é um ponto de máximo local. Também precisamos do valor de y C quando x = 10 4 + π "=104+£. Sabemos que y = 10− x ( 2+ π ) 4 C=10−"(2+£)4 Substituindo o valor de x " que encontramos y = 10−10 4 + π ⋅ ( 2+ π ) 4 = 10 ( 4 + π ) −10 ⋅ ( 2+ π ) 4 + π 4 = 40 +10 π −20+10 π 4 + π 4 y = 20 4 + π 4 = 20 4 ( 4 + π ) = 5 4 + π C=10−104+£⋅(2+£)4=10(4+£)−10⋅(2+£)4+£4 =40+10£−20+10£4+£4C=204+£4=204(4+£)=54+£ Assim, as dimensões para a janela de área máxima devem ser: x = 10 4 + πm "=104+£\ y = 5 4 + πm C=54+£\ 8 Marcar para revisão Um objeto com massa de 5 kg está em queda livre em um ambiente cuja constante de proporcionalidade da resistência do ar é de 0,5 Ns2/m. O objeto sai do repouso. Determine a expressão da velocidade em função do tempo obtida por ele durante sua queda. Considere a aceleração da gravidade como 10 m/s2. A v(t)=50(1-e-0,1t)m/s B v(t)=150(1-e-0,2t)m/s C v(t)=100(1-e-0,1t)m/s D v(t)=150(1-e-0,1t)m/s E v(t)=50(1-e-0,2t)m/s Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra C. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A expressão correta para a velocidade do objeto em função do tempo durante a queda é v(t)=100(1-e-0,1t)m/s. Esta expressão é derivada da equação do movimento de um objeto em queda livre com resistência do ar, onde a velocidade é dada pela aceleração da gravidade multiplicada pelo tempo, menos o produto da constante de proporcionalidade da resistência do ar e a velocidade. Neste caso, a aceleração da gravidade é 10 m/s2, a massa do objeto é 5 kg e a constante de proporcionalidade da resistência do ar é 0,5 Ns2/m, resultando na expressão dada. 9 Marcar para revisão Você foi incumbido de delimitar um terreno retangular de 300 m2 usando muros externos e divisórias internas como mostrado na figura abaixo. Sabendo-se que o preço do muro é de R 10 , 00 / meopre ç o d as di v i s ó r i as é d e R 10,00/ \!u:k!çu;I ;JFJ ókJI é;!� 5,00/m, determine as dimensões do terreno de modo que o custo total seja o menor possível. A x = 5 √ 6 m e y = 10 √ 6 m ."=56\ e C=106\. B x = 6 √ 10 m e y = 5 √ 6 m ."=610\ e C=56\. C x = 6 √ 10 m e y = 6 √ 10 m ."=610\ e C=610\. D x = 5 √ 10 m e y = 6 √ 10 m ."=510\ e C=610\. E x = 10 √ 10 m e y = 10 √ 10 m ."=1010\ e C=1010\. Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra D. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado Área do terreno: A ret. = xy = 300 m 2 Xret. ="C=300\2 Sabe-se que, pela figura, serão necessários 2 x + y 2"+C metros de divisórias e 2 x +2 y 2"+2C metros de muro. Assim, o custo total será: C = 5 ( 2 x + y ) +10 ( 2 x +2 y ) = 10 x +5 y +20 x + 200 y = 30 x +25 y >=5(2"+C)+10(2"+2C)=10"+5C+20"+200C =30"+25C Usando a equação da área para isolar o y C em função do x " : y = 300 x C=300" Voltando na equação e custo: C = 30 x +25 y = 30 x +25 ( 300 x ) = 30 x + 7500 x >=30"+25C=30"+25(300")=30"+7500" Derivando o custo para obter o custo mínimo: C ′ = 30+ 7500 x 2 = 30 x 2+ 7500 x 2 >′=30+7500"2=30"2 +7500"2 Verificando os pontos críticos, fazendo C ′ = 0 >′=0 30 x 2+ 7500 x 2 = 030 x 2+ 7500 = 0 →x 2 = 250 →x = √ 250 = 5 √ 10 30"2+7500"2=030"2+7500=0→"2=250→"=250 =510 Analisando o sinal da derivada: Quando x < 5 √ 10 : C ′< 0 "<510:>′<0 Quando x > 5 √ 10 : C ′> 0 ">510:>′>0 portanto x = 5 √ 10 "=510 é um mínimo da função. Voltando na equação da área e substituindo o valor de x " encontrado para determinar o valor de y C. 5 √ 10 ⋅ y = 300 y = 3005 √ 10 = 60 √ 10 = 60 √ 1010 = 6 √ 10 510⋅C=300C=300510=6010=601010=610 As dimensões para minimizar o custo em delimitar o terreno são: x = 5 √ 10 m e y = 6 √ 10 m ."=510\ e C=610\. 10 Marcar para revisão Um circuito em série consiste em um indutor de 0 , 25 H 0,25U, um resistor de 40Ω 40Ω, um capacitor de 4 × 10− 4 F 4×10−4� e uma força eletromotriz dada por V( t ) = 5 sen 100 t V W(@)=5sen 100@W. Se a corrente inicial e a carga inicial no capacitor são ambos zeros, determinar a carga no capacitor para qualquer tempo t > 0 @>0. A q ( t ) = e −20 t ( 1800 cos 60 x +1600 sen 60 x ) −1800 cos 100 t .�(@)=!−20@(1800cos 60"+1600sen 60")−1 800cos 100@. B q ( t ) = e −80 t ( 1800 cos 60 x +1600 sen 60 x ) −1800 cos 100 t .�(@)=!−80@(1800cos 60"+1600sen 60")−1 800cos 100@. C q ( t ) = e −80 t ( 180 cos 60 x +160 sen 60 x ) − 180 cos 100 t .�(@)=!−80@(180cos 60"+160sen 60")−180cos 100@. D q ( t ) = e −80 t ( 1800 cos 60 x +1600 sen 60 x ) −1800 cos 10 t .�(@)=!−80@(1800cos 60"+1600sen 60")−18 00cos 10@. E q ( t ) = e −80 t ( 1600 cos 60 x +1800 sen 60 x ) −1800 cos 100 t .�(@)=!−80@(1600cos 60"+1800sen 60")−1 800cos 100@. Resposta incorreta Opa! A alternativa correta é a letra B. Confira o gabarito comentado! Gabarito Comentado A equação para um circuito RLC é dada por: Ldid t + Ri + q C = V( t ) → 0 , 25 did t + 40 i + q 4 × 10− 4 = 5 sen 100 t V r;J;@+�J+�>=W(@)→0,25;J;@+40J +�4×10−4=5sen 100@W Rearranjando após multiplicar os membros por 4 : d 2 q d t 2+160 d q d t +10000 q = 20 sen 100 t ;2�;@ 2+160;�;@+10000�=20sen 100@ Note que se trata de uma EDO linear de segunda ordem não-homogênea de coeficientes. A equação característica da equação homogênea associada é r 2+160 r +10000 = 0 k2+160k+10000=0 As raízes são: r ′ = −80+60 i k′=−80+60J e r ′′ = −80−60 i k′′=−80−60J. Como tem raízes complexas conjugadas, a solução geral será da forma y ( x ) = eax (C 1 cos b x + C 2 sen b x ) C(")=!I"(>1co s v"+>2sen v") Logo, q h( t ) = e −80 t (C 1 cos 60 x + C 2 sen 60 x ) �ℎ(@)=! −80@(>1cos 60"+>2sen 60") Usando o método dos coeficientes a determinar, chega-se à solução particular: qp ( t ) = −1800 cos 100 t �:(@)=−1800cos 100@ A solução dessa EDO é q ( t ) = qp ( t ) + q h( t ) →q ( t ) = e −80 t (C 1 cos 60 x + C 2 sen 60 x ) −1800 cos 100 t �(@)=�:(@)+�ℎ(@ )→�(@)=!−80@(>1cos 60"+>2sen 60")−1800cos 100@ Das condições iniciais q ( 0 ) = 0 C �(0)=0> ei( 0 ) = 0 A J(0)=0X segue que C 1−1800 = 0−80 C 1+60 C 2 = 0 >1−1800=0−80>1+60>2= 0 De onde, temos C 1 = 1800 >1=1800 e C 2 = 1600 >2=1600. Então substituindo os valores encontrados, temos que a que a carga é: q ( t ) = e −80 t (C 1 cos 60 x + C 2 sen 60 x ) −1800 cos 100 t q ( t ) = e −80 t ( 1800 cos 60 x +1600 sen 60 x ) −1800 cos 100 t �(@)=!−80@(>1cos 60"+>2sen 60 ")−1800cos 100@�(@)=!−80@(1800cos 60"+1600sen 60")−1800cos 100@