Um Curso de Cálculo, Volume 2

Hamilton Luiz Guidorizzi · Capítulo 81 de 108

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Um Curso de Cálculo, Volume 2

A.2 Definição de eλt, com λ Complexo

Exercício

 

Sejam f e g duas funções a valores complexos, definidas e deriváveis num intervalo I. Prove que, para todo t em I, tem-se:

 

A.2 λt Definição de e , com λ Complexo

 

Seja λt λ um número real; já vimos que u ( t ) = e é a única função definida em ℝ e que é solução do problema.

 

Suponhamos, agora, λ = α + iβ, em que α e β são constantes reais.

Vamos mostrar a seguir que

é a única função de ℝ em ℂ que é a solução do problema

 

 

Vamos mostrar que v(t) = u(t) em ℝ. Temos:

 

Assim, existe uma constante complexa k tal que, para todo t em ℝ,

 

Como v(0) = u(0) = 1, resulta k = 1. Portanto,

 

v(t) = u(t) em ℝ.

 

Fica provado que αt u ( t ) = e (cos βt + i sen βt) é a única função de ℝ em ℂ satisfazendo .

Nada mais natural do que a seguinte definição.

De nição. Seja λ = α + iβ, com α e β reais. De nimos

 

para todo t real.

 

Fazendo t = 1 na definição acima resulta:

 

Se α = 0

 

Seja α+iβ α z = e . Observe que | z | = e e que β é um argumento de z:

 

Seja λ uma constante complexa. Do que vimos anteriormente resulta:

 

O próximo exemplo mostra-nos que a propriedade é válida em ℂ.

 

Exemplo 1

 

Sejam λ e λ complexos dados. Mostre que 1 2

 

Solução

é a única função de ℝ em ℂ que satisfaz o problema

 

Por outro lado, , t ∈ ℝ também satisfaz (verifique).

Portanto, para todo t real,

 

Em particular, para t = 1,

 

Exemplo 2

 

Verifique que, para todo t real,

Solução

 

Sendo λ ≠ 0 uma constante complexa, de segue

 

Exemplo 3

 

Calcule:

 

Solução

Exemplo 4

 

 

Mostre que

 

Solução

 

Por outro lado,

Segue que

 

 

Temos, também,

 

Assim,

 

Temos:

 

ou seja,

 

Exemplo 5

Solução

 

Os módulos de α z e z são iguais a e . O vetor 0 é obtido de 0 por

1 z1 z

uma rotação de θ radiano, no sentido anti-horário.

 

Exemplo 6

 

Sejam z e z dois números complexos com argumentos β e β , 1 2 1 2

respectivamente. Seja z = z · z . 1 2

a) Verifique que | z | = | z | | z |. 1 2

b) Mostre que β + β é um argumento de z. 1 2

 

Solução

Sejam a um número complexo dado e f : I → ℂ uma função

contínua dada, em que I é um intervalo de ℝ. Consideremos a equação diferencial linear, de 1 a ordem, com coeficiente constante,

 

Procedendo exatamente como na Seção 5.1 obtemos a solução geral

 

(Verifique.)

 

Exemplo 7

 

Resolva as equações:

Solução

 

Exemplo 8

 

Mostre que

 

Solução