Uma partícula desloca-se sobre a parábola y = x 2 . Sabe-se que o movimento da sua projeção sobre o eixo O x é regido pela equação

d x d t + x = t

e que x 0 = 0 . Determine a posição no instante t .

Passo 1

A EDO que temos que resolver é

d x d t + x = t

Trata-se de uma EDO linear de primeira ordem do tipo

d x d t + a x = f t

Nós precisamos achar o fator integrante

I = e ∫ a   d t e a t

Como a = 1 :

I = e t

Multiplicamos a equação por esse fator:

d x d t e t + x   e t = t e t

Passo 2

Note que o lado direito é fatorado como

d x d t e t + x   e t = d d t x   e t

Assim,

d d t x   e t = t   e t

Integrando dos dois lados:

x   e t = ∫ t   e t   d t

Para fazer essa integral, usamos integração por partes:

∫ u   d v = u v - ∫ v   d u

Chamando u = t e d v = e t   d t , temos que

d u = d t             e               v = e t

Assim,

∫ t   e t   d t = t   e t - ∫ e t   d t = t e t - e t + C

Logo,

x   e t = t   e t - e t + C

Portanto,

x t = t - 1 + C e - t

Passo 3

Como x 0 = 0 :

0 = 0 - 1 + C e 0

Portanto,

C = 1

Assim,

x t = e - t + t - 1

Passo 4

Já achamos a coordenada x como função de t , ainda falta encontrar y :

y = x 2

Assim,

y = e - t + t - 1 2

Portanto,

y = e - 2 t + t 2 + 1 + 2 t e - t - 2 t

Assim,

x t = e - t + t - 1 y t = e - 2 t + 2 t e - t + t 2 - 2 t + 1

Resposta

x t = e - t + t - 1 y t = e - 2 t + 2 t e - t + t 2 - 2 t + 1

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