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As equações diferenciais de primeira ordem na forma y apostrophe plus P left parenthesis x right parenthesis y equals R left parenthesis x right pa...

As equações diferenciais de primeira ordem na forma y apostrophe plus P left parenthesis x right parenthesis y equals R left parenthesis x right parenthesis y to the power of n são chamadas de equações de Bernoulli, em referência a Jacob Bernoulli (1654-1705). Quando n equals 0 ou n equals 1, as equações de Bernoulli se tornam equações lineares que podem ser resolvidas de forma direta. Porém, quando n not equal to 0 ou n not equal to 1, a equação de Bernoulli é não linear. Em geral, as equações não lineares são difíceis de resolver. Entretanto, como Leibniz mostrou em 1696, a transformação v equals y to the power of open parentheses 1 minus n close parentheses end exponent reduz a equação de Bernoulli a uma equação linear em v. ÇENGEL, Yunus A. Equações diferenciais. Porto Alegre: Artmed, 2014, p. 97. Considerando as informações acima, utilize a sugestão de Leibniz para resolver a equação a seguir. 5 y apostrophe plus y equals x y to the power of negative 4 end exponent Marque a alternativa que apresenta a solução dessa equação diferencial não linear. A) y to the power of 5 equals x minus 1 plus c. e to the power of negative x end exponent B) y to the power of 5 equals 3 x minus 4 plus c. e to the power of negative x end exponent C) y to the power of 5 equals 5 x minus 2 plus c. e to the power of negative x end exponent D) y to the power of 5 equals 2 x minus 4 plus c. e to the power of negative x end exponent E) y to the power of 5 equals 2 x minus 3 plus c. e to the power of negative x end exponent

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A equação diferencial dada é 5y' + y = xy⁻⁴. Podemos reescrevê-la como y' + (1/5)xy⁻⁵y = 0, que é uma equação de Bernoulli com n = -5. Fazendo a substituição v = y¹⁻⁵, temos: v' - (1/5)xv = 0 Esta é uma equação diferencial linear de primeira ordem, que pode ser resolvida usando o fator integrante e^(-1/5x). Multiplicando ambos os lados da equação por este fator integrante, obtemos: e^(-1/5x)v' - (1/5)e^(-1/5x)xv = 0 Agora, podemos aplicar a regra do produto para obter: (d/dx)(e^(-1/5x)v) = 0 Integrando ambos os lados em relação a x, temos: e^(-1/5x)v = c Substituindo v = y¹⁻⁵, temos: e^(-1/5x)y¹⁻⁵ = c Isolando y, obtemos: y = (c*e^(1/5x))¹⁻⁵ Portanto, a alternativa correta é A) y⁵ = x - 1 + c*e^(-x).

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