Matemática, perguntado por genildo20, 1 ano atrás

Alguém resolve essa edo : dy/dx= x-y

Soluções para a tarefa

Respondido por Lukyo
1
Notemos que esta é uma EDO de primeira ordem, linear, não-homogênea, e pode ser escrita na forma

\mathsf{\dfrac{dy}{dx}+p(x)\,y=q(x)~~~~~~\mathbf{(i)}}

_____________________

\mathsf{\dfrac{dy}{dx}=x-y}\\\\\\ \mathsf{\dfrac{dy}{dx}+y=x}\\\\\\ \mathsf{\dfrac{dy}{dx}+1y=x~~~~~~\mathbf{(ii)}}


Comparando \mathbf{(ii)} com \mathbf{(i)}, tiramos que

\mathsf{p(x)=1~~e~~q(x)=x}

_____________________

Fator integrante:

\mathsf{\mu(x)=e^{\int{\!p(x)\,dx}}}\\\\ \mathsf{\mu(x)=e^{\int{1\,dx}}}\\\\ \mathsf{\mu(x)=e^{x}}

_____________________

Multiplicando os dois lados da equação \mathbf{(ii)}<br /> por \mathsf{\mu(x)=e^{x}}, obtemos

\mathsf{\mu(x)\cdot \left( \dfrac{dy}{dx}+1y\right )=\mu(x)\cdot x}\\\\\\ \mathsf{e^{x}\cdot \left( \dfrac{dy}{dx}+1y\right )=e^{x}\cdot x}\\\\\\ \mathsf{\dfrac{dy}{dx}\,e^{x}+ye^{x}=xe^{x}}


Enxergamos o lado esquerdo como a derivada de um produto:

\mathsf{\dfrac{d}{dx}(ye^{x})=xe^{x}}


Integrando os dois lados em x, obtemos

\mathsf{\displaystyle\int\dfrac{d}{dx}(ye^{x})\,dx=\int xe^{x}\,dx}\\\\\\ \mathsf{ye^{x}=\underbrace{\mathsf{\int xe^{x}\,dx}}_{I_{1}}~~~~~~\mathbf{(iii)}}


Resolvemos \mathsf{I_{1}} pelo método de integração por partes:

\begin{array}{lcl} \mathsf{u=x}&amp;~\Rightarrow~&amp;\mathsf{du=dx}\\\\ \mathsf{dv=e^{x}\,dx}&amp;~\Leftarrow~&amp;\mathsf{v=e^{x}}\\\\ \end{array}\\\\\\ \displaystyle\mathsf{\int{u\,dv}=uv-\int{v\,du}}\\\\\\ \mathsf{\int{xe^{x}\,dx}=xe^{x}-\int{e^{x}\,dx}}\\\\\\ \mathsf{\int{xe^{x}\,dx}=xe^{x}-e^{x}+C}\\\\\\ \mathsf{\int{xe^{x}\,dx}=(x-1)\,e^{x}+C}\\\\\\ \mathsf{\therefore~~I_{1}=(x-1)\,e^{x}+C}


Substituindo em \mathbf{(iii)}, temos

\mathsf{ye^{x}=(x-1)\,e^{x}+C}\\\\ \mathsf{y=\dfrac{1}{e^{x}}\left[(x-1)\,e^{x}+C \right]}\\\\\\ \mathsf{y=(x-1)+\dfrac{C}{e^{x}} }\\\\\\ \boxed{\begin{array}{c} \mathsf{y=x-1+C\cdot e^{-x}} \end{array}}\mathsf{\,,~~~C\in\mathbb{R}.}
Perguntas interessantes