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É uma equação exata, logo, de primeira ordem.
É exata, pois:
\(\frac{\partial (2x \tan y + 5)}{\partial y} = 2x \sec^2 y = \frac{\partial (x^2 \sec ^2 y)}{\partial x}\)
Não havendo familiaridade com a resolução de equações exatas, é recomendável o estudo prévio do assunto.
Equações exatas são da forma:
\(P dx + Q dy = 0\)
E a solução advém de:
\(\int P dx = \int Q dy = k, \ k \in \mathbb{R}\)
\(\int P dx = x^2 \tan y + 5x + h(y)\)
Derivando a integral anterior em relação a y, devemos obter Q:
\(x^2 \sec^2 y + h'(y) = x^2 \sec^2 y \\ h'(y) = 0 \\ h(y) = K, K \in \mathbb{R}\)
Assim, a solução final será:
\(x^2 \tan y + 5x + h(y) = k \\ x^2 \tan y + 5x + K= k \\ x^2 \tan y + 5x = k \\ \tan y = \frac{(k - 5x)}{x^2} \\ y(x) = \arctan \frac{(k - 5x)}{x^2}, \ k \in \mathbb{R}\)
No passo anterior, absorvemos duas constantes em apenas uma. A condição inicial dará conta de especificá-la. A princípio, essa é a solução geral da equação.
Para \(y(0) = 0\), utilizando a terceira linha das equações anteriores:
\(0^2 \tan 0 + 5 \cdot 0 = k \\ k = 0\)
Portanto, as respostas pedidas são:
a) Primeira ordem
b) A solução geral é dada por: \(\boxed{y(x) = \arctan \frac{(k - 5x)}{x^2}}\)
c) A solução particular para a CI dada é: \(\boxed{y(x) = \arctan \frac{-5x}{x^2}}\)
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