Um Curso de Cálculo, Volume 1

Hamilton Luiz Guidorizzi · Capítulo 71 de 111

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Um Curso de Cálculo, Volume 1

14 Equações Diferenciais de 1ª Ordem de Variáveis Separáveis e Lineares

14.1 Equações Diferenciais: Alguns Exemplos

As soluções de muitos problemas que ocorrem tanto na física como na geometria dependem de resoluções de equações diferenciais. Vejamos alguns exemplos.

Exemplo 1

Uma partícula desloca-se sobre o eixo x de modo que, em cada

instante t, a velocidade é o dobro da posição. Qual a equação

diferencial que rege o movimento?

Solução

Neste problema, o que nos interessa determinar é a função de posição

x = x (t). De acordo com o enunciado do problema, o movimento é

regido pela a equação diferencial de 1 ordem

Conforme o Exercício 2 da Seção 10.1, as funções que satisfazem

 

tal equação são da forma 2t x = ke , k constante. Assim, a função de

posição do movimento é da forma 2t x = ke .

 

Exemplo 2

Uma partícula de massa m = 1 desloca-se sobre o eixo x sob a ação de

uma única força, paralela ao deslocamento, com componente f(x) =

−x. Qual a equação diferencial que rege o movimento?

Solução

Pela lei de Newton

 

Assim, o movimento é regido pela a equação diferencial de 2 ordem

 

Uma solução desta equação é uma função que é igual à oposta de

sua derivada segunda. Por exemplo, (sen t)″ = −sen t, assim x = sen t

é uma solução da equação. Veja, sendo x = sen t, para todo t,