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Equações Diferenciais: Soluções e Séries

Equações Diferenciais

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Determine a série de potência da EDD $\frac{d^{2} y}{d x^{2}}+y=0$ em torno da origem, utilizando $y=a_{0}+a_{0} x+a_{0} x^{2}+\ldots+a_{m} x^{m}+\ldots=\sum_{n=0}^{m} a_{n} x^{n}$
A) $\sum_{n=0}^{\infty}\left[n(n-1) a_{n} x^{n-3}\right]+\sum_{n=0}^{\infty}\left[n_{n} x^{n}\right]=0$
B) $\sum_{n=0}^{\infty}\left[n(n-1) a_{n} x^{n-3}\right]=0$
C) $\sum_{n=0}^{\infty}\left[n_{n} x^{n}\right]=0$
D) $\sum_{n=0}^{\infty}\left[n(n-1) a_{n} x^{n-3}\right]+\sum_{n=0}^{\infty}\left[n_{n} x^{n}\right]=0$

Ileja a função: $y^{\prime \prime \prime}+2 y^{\prime \prime}-3 y^{\prime}=0$ Encontre a solução geral para a equação diferencial. Assuma que a solução tenha forma de $y=e^{z x}$
A) $y(x)=c 1 * e^{-3 x}+c 2 * e^{x}+c 3 * e^{2 x}$
B) $y(x)=c 1 * e^{-3 x}+c 2+c 3 * e^{x}$
C) $y(x)=c 1 * e^{-3 x}+c 2 * e^{-x}+c 3 * e^{2 x}$
D) $y(x)=c 1 * e^{-3 x}+c 2+c 3$

Suponha a seguinte Equação Diferencial: $\frac{d^{2} x}{d t^{2}}+3 \frac{d y}{d t} \quad 0 y=0$ Obtenha uma solução geral.
A) $y(t)=C_{1} e^{-3 t}+C_{2} e^{4 t}$
B) $y(t)=C_{1} e^{2 t}-C_{2} e^{-4 t}$
C) $y(t)=C_{1} e^{2}+C_{2} e^{-4}$
D) $y(t)=C_{1} e^{2 t}+C_{2} e^{-4 t}$

Dada uma equação diferencial no formato $y^{\prime}+P(x) y=R(x)$, utilize o fator integrante $\mu(x)=e^{\int P(x) d x}$ para resolver a equação diferencial $y^{\prime}+5 y=-25$
A) $y=\left(5 y^{2}\right) / 2+\left(25 x^{2}\right) / 2+C$
B) $y=-5 x+1+C e^{-5 x}$
C) $y=5 x-1-C e^{-5 x}$
D) $y=-5+C e^{-5 x}$

Seja a série dada por $\left[\sum_{n=1}^{\infty} a(n-1) a_{n} x^{n-1}\right]=\left[\sum_{n=0}^{\infty} a_{n} x^{n}\right]=0 \quad$ organize seus índices de forma que ambos os somatórios iniciem em 0.
A) $\sum_{n-0}^{\infty}\left[(n+2)(n+1) a_{n+2}+a_{n}\right] x^{n}$
B) $\sum_{n-0}^{\infty}\left[(n+1) a_{n+2}+a_{n}\right] x^{n}$
C) $\sum_{n-0}^{\infty}\left[(n+2)(n+1) a_{n-1}+a_{n}\right] x^{n}$

Calcule $f(x)=\int_{-4}^{4} \operatorname{sen}(x) \cdot \cos (4 x) d x$
A) $\pi / 2$
B) $\pi^{2}$
C) $2 \pi$
D) 0

Determine uma série de potências em torno de $x_{0}=0$ para a equação abaixo incluindo valores de $x$ dentro do somatório quando aplicável. $y^{\prime \prime}-4 y^{\prime}+x y=0$ Utilize a série $y(x)=\sum_{x=0}^{\infty} a_{n} \cdot x^{n}$ como solução inicial.
A) $\sum_{n=2}^{\infty} n * (n-2) * a_{n} * x^{n-2}-\sum_{n=1}^{\infty} n * a_{n} * x^{n}+4 \sum_{n=0}^{\infty} a_{n} * x^{n}=0$
B) $\sum_{n=2}^{\infty} n * (n-1) * a_{n} * x^{n-2}-\sum_{n=1}^{\infty} n * a_{n} * x^{n}=0$
C) $\sum_{n=2}^{\infty} n * (n-2) * a_{n} * x^{n-2}-\sum_{n=1}^{\infty} n * a_{n} * x^{n}=0$
D) $\sum_{n=2}^{\infty} n * (n-1) * a_{n} * x^{n-2}-4 \sum_{n=1}^{\infty} n * a_{n} * x^{n-1}+\sum_{n=0}^{\infty} a_{n} * x^{n+1}=0$

Resolva o sistema de equações diferenciais abaixo $\left\{\begin{array}{l}y+z^{\prime}=\cos x+\operatorname{sen} x \\ y^{\prime}+z=\cos x-\operatorname{sen} x\end{array}\right.$ Encontre a solução geral para $y(x)$ e para $z(x)$
A) $y(x)=\cos x+\operatorname{sen} x-c_{1} e^{x}+c_{2} e^{-x}$ $z(x)=c_{1} e^{x}+c_{2} e^{-x}$
B) $y(x)=\cos x+\operatorname{sen} x$ $z(x)=c_{1} e^{x}+c_{2} e^{-x}$
C) $y(x)=c_{1} e^{x}+c_{2} e^{-x}$ $z(x)=\cos x+\operatorname{sen} x$
D) $y(x)=\cos x+\operatorname{sen} x-c_{1} e^{x}$ $z(x)=c_{2} e^{-x}$

Resolva o sistema de equações diferenciais abaixo $\left\{\begin{array}{l}y^{\prime \prime}-2 z^{\prime}-y=0 \\ y^{\prime}-z^{\prime \prime}-2 z=0\end{array}\right.$ Encontre a solução geral para $z(x)$
A) $z(x)=c_{1} e^{\sqrt{2} x}+c_{2} \cos x+c_{3} \operatorname{sen} x$
B) $z(x)=c_{1} e^{\sqrt{2} x}+c_{2} e^{-\sqrt{2} x}+c_{3} \cos x+c_{4} \operatorname{sen} x$
C) $z(x)=c_{1} e^{\sqrt{2} x}+c_{2} \operatorname{sen} x$
D) $z(x)=c_{1} e^{-\sqrt{2} x}+c_{3} \cos x+c_{4} \operatorname{sen} x$

Obtenha a relação de recorrência de $\sum_{n=0}^{\infty}\left[(n+2)(n+1) a_{n+2}+a_{n}\right] x^{n}=0$
A) $40 \quad(n+2)(n+1) a_{n+2}+a_{n}=0 ; n=0,1,2, \ldots$
B) $40 \quad(n+1) a_{n+2}+a_{n}=0 ; n=0,1,2, \ldots$
C) $40 \quad(n+2)(n+1) a_{n+2}=0 ; n=0,1,2, \ldots$
D) $40 \quad(n+2)(n+1) a_{n}=0 ; n=0,1,2, \ldots$

Utilize a integração direta para encontrar a solução geral da equação diferencial $y^{\prime \prime}=\cos x+3 x$
A) $y=-\cos (x)+C x+x^{3} / 2+C$
B) $y=\operatorname{sen}(x)+x^{2} / 3+C$
C) $y=\cos (x)+C$
D) $y=-\operatorname{sen}(x)+3$

Seja a função: $5 y^{\prime \prime}-y=2 x^{2}$ Encontre a solução geral para a equação diferencial. Assuma que a solução geral tenha forma de $y=e^{r x}$ e a solução particular de forma $y=A x^{2}+B x+C$
A) $y=c_{1} e^{x / 5}+c_{2}-x^{2}$
B) $y=c_{1} e^{x / \sqrt{5}}+c_{2} e^{-x / \sqrt{5}}-2 x^{2}-20$
C) $y=c_{1} e^{x / 5}+c_{2}-2 x^{2}+4$
D) $y=c_{1} e^{x / 5}+c_{2}-4 x^{2}$

Calcule $g(x)=\int_{-L}^{L} \cos (2 x) \cdot \cos (5 x) d x$
A) $40$
B) $40 \int_{-L}^{L} \cos (2 x) \cos (5 x) d x$
C) $40 2 \int_{0}^{L} \cos (2 x) \cos (5 x) d x$
D) $40 \pi$

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Qual é a relação entre funções analíticas e soluções de equações diferenciais lineares? Escolha uma opção: a. Não há relação entre funções analít...

ESTÁCIO

Em muitos casos, as equações diferenciais não têm soluções analíticas exatas. Se existirem equações diferenciais, sua determinação se torna complic...

Qual das afirmativas e verdadeira sobre solucoes de equacoes diferenciais ordinarias? a) Toda equacao diferencial tem infinitas solucoes. b) Uma eq...

0 que são equações diferenciais ordinárias (EDOs)? a) Equações que envolvem apenas constantes b) Equações que descrevem o comportamento dinâmico de...

Uma das aplicações das séries de potências é no estudo das equações diferenciais, que podem ter soluções em séries de potências, como no caso da fu...

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Questões resolvidas

Determine a série de potência da EDD $\frac{d^{2} y}{d x^{2}}+y=0$ em torno da origem, utilizando $y=a_{0}+a_{0} x+a_{0} x^{2}+\ldots+a_{m} x^{m}+\ldots=\sum_{n=0}^{m} a_{n} x^{n}$
A) $\sum_{n=0}^{\infty}\left[n(n-1) a_{n} x^{n-3}\right]+\sum_{n=0}^{\infty}\left[n_{n} x^{n}\right]=0$
B) $\sum_{n=0}^{\infty}\left[n(n-1) a_{n} x^{n-3}\right]=0$
C) $\sum_{n=0}^{\infty}\left[n_{n} x^{n}\right]=0$
D) $\sum_{n=0}^{\infty}\left[n(n-1) a_{n} x^{n-3}\right]+\sum_{n=0}^{\infty}\left[n_{n} x^{n}\right]=0$

Ileja a função: $y^{\prime \prime \prime}+2 y^{\prime \prime}-3 y^{\prime}=0$ Encontre a solução geral para a equação diferencial. Assuma que a solução tenha forma de $y=e^{z x}$
A) $y(x)=c 1 * e^{-3 x}+c 2 * e^{x}+c 3 * e^{2 x}$
B) $y(x)=c 1 * e^{-3 x}+c 2+c 3 * e^{x}$
C) $y(x)=c 1 * e^{-3 x}+c 2 * e^{-x}+c 3 * e^{2 x}$
D) $y(x)=c 1 * e^{-3 x}+c 2+c 3$

Suponha a seguinte Equação Diferencial: $\frac{d^{2} x}{d t^{2}}+3 \frac{d y}{d t} \quad 0 y=0$ Obtenha uma solução geral.
A) $y(t)=C_{1} e^{-3 t}+C_{2} e^{4 t}$
B) $y(t)=C_{1} e^{2 t}-C_{2} e^{-4 t}$
C) $y(t)=C_{1} e^{2}+C_{2} e^{-4}$
D) $y(t)=C_{1} e^{2 t}+C_{2} e^{-4 t}$

Dada uma equação diferencial no formato $y^{\prime}+P(x) y=R(x)$, utilize o fator integrante $\mu(x)=e^{\int P(x) d x}$ para resolver a equação diferencial $y^{\prime}+5 y=-25$
A) $y=\left(5 y^{2}\right) / 2+\left(25 x^{2}\right) / 2+C$
B) $y=-5 x+1+C e^{-5 x}$
C) $y=5 x-1-C e^{-5 x}$
D) $y=-5+C e^{-5 x}$

Seja a série dada por $\left[\sum_{n=1}^{\infty} a(n-1) a_{n} x^{n-1}\right]=\left[\sum_{n=0}^{\infty} a_{n} x^{n}\right]=0 \quad$ organize seus índices de forma que ambos os somatórios iniciem em 0.
A) $\sum_{n-0}^{\infty}\left[(n+2)(n+1) a_{n+2}+a_{n}\right] x^{n}$
B) $\sum_{n-0}^{\infty}\left[(n+1) a_{n+2}+a_{n}\right] x^{n}$
C) $\sum_{n-0}^{\infty}\left[(n+2)(n+1) a_{n-1}+a_{n}\right] x^{n}$

Calcule $f(x)=\int_{-4}^{4} \operatorname{sen}(x) \cdot \cos (4 x) d x$
A) $\pi / 2$
B) $\pi^{2}$
C) $2 \pi$
D) 0

Determine uma série de potências em torno de $x_{0}=0$ para a equação abaixo incluindo valores de $x$ dentro do somatório quando aplicável. $y^{\prime \prime}-4 y^{\prime}+x y=0$ Utilize a série $y(x)=\sum_{x=0}^{\infty} a_{n} \cdot x^{n}$ como solução inicial.
A) $\sum_{n=2}^{\infty} n * (n-2) * a_{n} * x^{n-2}-\sum_{n=1}^{\infty} n * a_{n} * x^{n}+4 \sum_{n=0}^{\infty} a_{n} * x^{n}=0$
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Resolva o sistema de equações diferenciais abaixo $\left\{\begin{array}{l}y+z^{\prime}=\cos x+\operatorname{sen} x \\ y^{\prime}+z=\cos x-\operatorname{sen} x\end{array}\right.$ Encontre a solução geral para $y(x)$ e para $z(x)$
A) $y(x)=\cos x+\operatorname{sen} x-c_{1} e^{x}+c_{2} e^{-x}$ $z(x)=c_{1} e^{x}+c_{2} e^{-x}$
B) $y(x)=\cos x+\operatorname{sen} x$ $z(x)=c_{1} e^{x}+c_{2} e^{-x}$
C) $y(x)=c_{1} e^{x}+c_{2} e^{-x}$ $z(x)=\cos x+\operatorname{sen} x$
D) $y(x)=\cos x+\operatorname{sen} x-c_{1} e^{x}$ $z(x)=c_{2} e^{-x}$

Resolva o sistema de equações diferenciais abaixo $\left\{\begin{array}{l}y^{\prime \prime}-2 z^{\prime}-y=0 \\ y^{\prime}-z^{\prime \prime}-2 z=0\end{array}\right.$ Encontre a solução geral para $z(x)$
A) $z(x)=c_{1} e^{\sqrt{2} x}+c_{2} \cos x+c_{3} \operatorname{sen} x$
B) $z(x)=c_{1} e^{\sqrt{2} x}+c_{2} e^{-\sqrt{2} x}+c_{3} \cos x+c_{4} \operatorname{sen} x$
C) $z(x)=c_{1} e^{\sqrt{2} x}+c_{2} \operatorname{sen} x$
D) $z(x)=c_{1} e^{-\sqrt{2} x}+c_{3} \cos x+c_{4} \operatorname{sen} x$

Obtenha a relação de recorrência de $\sum_{n=0}^{\infty}\left[(n+2)(n+1) a_{n+2}+a_{n}\right] x^{n}=0$
A) $40 \quad(n+2)(n+1) a_{n+2}+a_{n}=0 ; n=0,1,2, \ldots$
B) $40 \quad(n+1) a_{n+2}+a_{n}=0 ; n=0,1,2, \ldots$
C) $40 \quad(n+2)(n+1) a_{n+2}=0 ; n=0,1,2, \ldots$
D) $40 \quad(n+2)(n+1) a_{n}=0 ; n=0,1,2, \ldots$

Utilize a integração direta para encontrar a solução geral da equação diferencial $y^{\prime \prime}=\cos x+3 x$
A) $y=-\cos (x)+C x+x^{3} / 2+C$
B) $y=\operatorname{sen}(x)+x^{2} / 3+C$
C) $y=\cos (x)+C$
D) $y=-\operatorname{sen}(x)+3$

Seja a função: $5 y^{\prime \prime}-y=2 x^{2}$ Encontre a solução geral para a equação diferencial. Assuma que a solução geral tenha forma de $y=e^{r x}$ e a solução particular de forma $y=A x^{2}+B x+C$
A) $y=c_{1} e^{x / 5}+c_{2}-x^{2}$
B) $y=c_{1} e^{x / \sqrt{5}}+c_{2} e^{-x / \sqrt{5}}-2 x^{2}-20$
C) $y=c_{1} e^{x / 5}+c_{2}-2 x^{2}+4$
D) $y=c_{1} e^{x / 5}+c_{2}-4 x^{2}$

Calcule $g(x)=\int_{-L}^{L} \cos (2 x) \cdot \cos (5 x) d x$
A) $40$
B) $40 \int_{-L}^{L} \cos (2 x) \cos (5 x) d x$
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