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Formulário de Cálculo 3 sobre Equações Diferenciais
Tipologia: Esquemas
1 / 2
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Derivadas de Funções Integrais de Funções
𝑚
𝑚− 1
. 𝑢’ , (m ≠ 0)
𝑢
𝑣
𝑣.𝑢’−𝑢.𝑣’
𝑣
2
1
𝑢
−𝑢’
𝑢
2
𝑢’
𝑢
𝑢
𝑢
𝑎
𝑢’
𝑢
𝑎
𝑢
𝑢
. ln 𝑎. 𝑢’ , (a>0, a≠1)
𝑣
𝑣− 1
𝑣
. ln 𝑢. 𝑣’ , (u>0)
cos 𝑢
2
2
sec 𝑢
tan 𝑢
20) 𝑦 = 𝑎𝑟𝑐 sin 𝑢
𝑢’
√ 1 −𝑢
2
−𝑢’
√ 1 −𝑢
2
𝑢’
( 1 +𝑢
2
)
−𝑢’
( 1 +𝑢
2 )
𝑢’
(|𝑢|.
√ 𝑢
2
− 1 )
25) 𝑦 = 𝑎𝑟𝑐 csc 𝑢
−𝑢’
(|𝑢|.√𝑢
2
− 1 )
sinh 𝑢
2
csch
2
csch 𝑢
coth 𝑢
𝑢’
√ 𝑢
2
33) 𝑦 = arg cosh 𝑢
𝑢’
√𝑢
2
− 1
, (u >1)
𝑢’
( 1 −𝑢
2 )
, (|u|<1)
𝑢’
( 1 −𝑢
2
)
, (|u|>1)
−𝑢’
(𝑢.
√ 1 −𝑢
2
)
, (0<u<1)
−𝑢’
(|𝑢|.
√ 1 +𝑢
2
)
, (u≠0)
38)
𝑑𝑧
𝑑𝑡
𝜕𝑧
𝜕𝑥
𝑑𝑥
𝑑𝑡
𝜕𝑧
𝜕𝑦
𝑑𝑦
𝑑𝑡
(Regra da Cadeia)
𝑛
𝑢
(𝑛+ 1 )
𝑛+ 1
𝑑𝑢
𝑢
4) ∫
𝑑𝑢
𝑢²
1
𝑢
5) ∫
𝑢
𝑎
𝑢
𝑙𝑛 𝑎
𝑢
𝑢
7) ∫
8) ∫
2
2
11) ∫
14) ∫
15) ∫
𝑠𝑒𝑐 𝑢𝑑𝑢 = ln | 𝑠𝑒𝑐 𝑢 + tan 𝑢| + 𝑐
csc 𝑢 − cot 𝑢
17) ∫
𝑑𝑢
√ 1 −𝑢
2
= 𝑎𝑟𝑐 sin(𝑢) + 𝑐
𝑑𝑢
1 +𝑢
2
= 𝑎𝑟𝑐 tan
𝑑𝑢
𝑢
√ 𝑢
2
− 1
= 𝑎𝑟𝑐 sec
𝑑𝑢
𝑢
2
+𝑎
2
1
𝑎
. 𝑎𝑟𝑐 tan (
𝑢
𝑎
23) ∫
2
24) ∫
2
26) ∫
𝑑𝑢
√ 1 +𝑢
2
= ln|𝑢 + √𝑢
2
𝑑𝑢
√ 𝑢
2
− 1
= ln|𝑢 + √𝑢
2
𝑑𝑢
1 −𝑢
2
1 +𝑢
1 −𝑢
30) ∫
𝑑𝑢
𝑢
√ 1 −𝑢
2
= − arg 𝑠𝑒𝑐ℎ|𝑢| + 𝑐
31) ∫
𝑑𝑢
𝑢√ 1 +𝑢
2
= − arg 𝑐𝑠𝑐ℎ|𝑢| + 𝑐
32) ∫
2
2
𝑢
2
2
2
𝑎
2
2
𝑎𝑟𝑐 sin (
𝑢
𝑎
33) ∫
2
1
2
cos( 2 𝑢)
2
𝑢
2
sen( 2 𝑢)
2
2
1
2
cos( 2 𝑢)
2
𝑢
2
sen
( 2 𝑢
)
2
35) ∫
3
2
(𝑢). cos(u) 𝑑𝑢 = 𝑠𝑒𝑛 𝑢 −
𝑠𝑒𝑛
3
𝑢
3
36) ∫
3
2
(𝑢). sen(u)𝑑𝑢 =
𝑠𝑒𝑛³𝑢
3
− cos 𝑢
𝑏
𝑎
𝑎
𝑏
𝑏
𝑎
(Por Partes)
(Logaritmo; Inversa Trigo; Algébrica; Trigonométrica; Exponencial)
𝑅
(Iteradas)
𝑚
1
𝐴(𝑅)
𝑅
Diferenciabilidade: ∆𝑓 = 𝑓(𝑥
0
0
0
0
Diferencial Total: 𝑑𝑤 = 𝑓
𝑥
𝑦
𝑧
Aprox. Linear Local: 𝐿(𝑥, 𝑦) = 𝑓(𝑥
0
0
𝑥
0
0
0
𝑦
0
0
0
*solução geral (SG)
*problema de valor inicial (PVI)
*serve para tornar exata
1
′
0
ou 𝑦
′
0
1
′
0
ou 𝑦
′
0
Método de solução:
determinar uma função c(x) tal que 𝑦 = 𝑐(𝑥). 𝑒
𝑔(𝑥)
𝑑𝑦
𝑑𝑥
𝑛
para n=0, n=
ou 𝑦
−𝑛
𝑑𝑦
𝑑𝑥
1 −𝑛
= 𝑓(𝑥) para y≠
𝑑𝑦
𝑑𝑥
ou
𝑑𝑤
𝑑𝑥
1
′
Cuja família de soluções é dada por:
𝑥 = −𝑓
′
( 𝑡
) , 𝑦 = 𝑓
( 𝑡
) − 𝑡𝑓′(𝑡)
𝑦(𝑥) = 𝑐 + ∫
𝑓(𝑡, 𝑦(𝑡))𝑑𝑡
𝑥
𝑥 0
Agora: 𝑦(𝑥
0
) = 𝑐 + ∫
𝑓(𝑡, 𝑦(𝑡))𝑑𝑡 = 𝑐
𝑥
𝑥 0
Implica c=y 0
,logo: 𝑦(𝑥
0
) = 𝑦
0
∫
𝑓 (
𝑡, 𝑦(𝑡) )
𝑑𝑡
𝑥
𝑥 0
𝑛
0
𝑛− 1
𝑥
𝑥 0
, n=1,2,3...
I. Verificar se a função dada é solução para a EDO:
II. Resolver a EDO por separação de variável:
III. Resolver a EDO usando substituição:
IV. Verificar se a EDO é exata; e resolver:
V. Verificar se a EDO é homogênea; e seu grau:
VI. Encontrar uma SG para a EDO:
VII. Usar Picard para encontrar y 1,
y 2,
y 3,
y 4
:
VIII. Dado o PVI: a) mudança de variável 𝑞(𝑡) =
𝑄(𝑡)
10
6
b) encontre a solução para q(t).
I. 𝑥
2
𝑑𝑦 + 2 𝑥𝑦𝑑𝑥 = 0 ; 𝑦 = −
1
𝑥
2
𝑥𝑑𝑦 = − 2 𝑦𝑑𝑥
𝑑𝑦
𝑦
= −
2 𝑑𝑥
𝑥
∫
𝑑𝑦
𝑦
= − 2 ∫
𝑑𝑥
𝑥
𝑙𝑛|𝑦| = − 2 𝑙𝑛|𝑥| + 𝑐
𝑒
𝑙𝑛|𝑦|
= 𝑒
𝑙𝑛|𝑥
− 2
|+𝑐
𝑒
𝑙𝑛|𝑦|
= 𝑒
𝑙𝑛|𝑥
− 2
|
. 𝑒
𝑐
𝑦 = 𝑥
− 2
. 𝑘
𝑦 =
𝑘
𝑥
2
→ S.G.
−
1
𝑥
2
=
𝑘
𝑥
2
𝑘 = − 1
𝑦 = −
1
𝑥
2
→ S.P.
Logo é solução.
II.
𝑑𝑥
𝑑𝑦
=
𝑥²𝑦²
1 +𝑥
( 1 +𝑥)𝑑𝑥
𝑥²
= 𝑦²𝑑𝑦
∫
1
𝑥²
1
𝑥
𝑑𝑥 = ∫ 𝑦²𝑑𝑦
−
1
𝑥
𝑦³
3
− 3 + 3 ln|𝑥| = 𝑥𝑦³ + 𝑐𝑥
III. 𝑥𝑑𝑥 +
( 𝑦 − 2 𝑥
) 𝑑𝑦 = 0
→ {𝑥 = 𝑢𝑦; 𝑑𝑥 = 𝑦𝑑𝑢 + 𝑢𝑑𝑦
(𝑢𝑦)(𝑦𝑑𝑢 + 𝑢𝑑𝑦) + (𝑦 − 2 𝑢𝑦)𝑑𝑦 = 0
𝑢𝑦²𝑑𝑢 + 𝑢²𝑦𝑑𝑦 + 𝑦𝑑𝑦 − 2 𝑢𝑦𝑑𝑦 = 0
𝑢𝑦²𝑑𝑢 + (𝑢² − 2 𝑢 + 1 )𝑦𝑑𝑦 = 0
(𝑢² − 2 𝑢 + 1 )𝑦𝑑𝑦 = − 𝑢𝑦²𝑑𝑢
𝑑𝑦
𝑦
= −
𝑢
𝑢
2 − 2 𝑢+ 1
𝑑𝑢 → {𝑢
2
− 2 𝑢 + 1 = (u − 1 )²
∫
𝑑𝑦
𝑦
= − ∫ 𝑢(𝑢 − 1 )²𝑑𝑢
𝑙𝑛|𝑦| =
1
𝑢− 1
− ln|𝑢 − 1 | + 𝑐 → {𝑥 = 𝑢𝑦; 𝑢 =
𝑥
𝑦
𝑙𝑛|𝑦| =
1
(
𝑥
𝑦
− 1 )
− 𝑙𝑛|
𝑥
𝑦
− 1 | + 𝑐
𝑙𝑛|𝑦| =
𝑦
𝑥−𝑦
− 𝑙𝑛 |
𝑥−𝑦
𝑦
| + 𝑐
𝑙𝑛|𝑦| =
𝑦
𝑥−𝑦
− 𝑙𝑛|𝑥 − 𝑦| + ln |𝑦| + 𝑐
𝑐 = 𝑙𝑛|𝑥 − 𝑦| −
𝑦
𝑥−𝑦
−𝑦 +
( 𝑥 − 𝑦
)
. 𝑙𝑛
| 𝑥 − 𝑦
| = 𝑐(𝑥 − 𝑦)
IV. ( 5 𝑥 + 4 𝑦)𝑑𝑥 + ( 4 𝑥 − 8 𝑦³)𝑑𝑦 = 0
→ {M=( 5 𝑥 + 4 𝑦); N=( 4 𝑥 − 8 𝑦³)
𝜕𝑀
𝜕𝑦
= 4 e
𝜕𝑁
𝜕𝑥
= 4 então é exata
𝑢(𝑥, 𝑦) = ∫
𝑀(𝑥, 𝑦)𝑑𝑥 + 𝑘(𝑦)
𝑢(𝑥, 𝑦) = ∫( 5 𝑥 + 4 𝑦)𝑑𝑥 + 𝑘(𝑦)
𝑢
( 𝑥, 𝑦
5 𝑥
2
2
𝑁 =
𝑑𝑢
𝑑𝑦
→ 4 𝑥 − 8 𝑦
3
= 4 𝑥 + 𝑘
′
(𝑦)
𝑘(𝑦) = ∫ 8 𝑦
3
𝑑𝑦
𝑘
( 𝑦
) = 2 𝑦
4
𝑢(𝑥, 𝑦) =
5 𝑥
2
2
4
𝑢
( 𝑥, 𝑦
5 𝑥²+ 8 𝑥𝑦+ 4 𝑦
4
2
− 2 𝑐 1
= 5 𝑥² + 8 𝑥𝑦 + 4 𝑦
4
→ {𝑐 = − 2 𝑐
1
5 𝑥
2
4
= 𝑐
V. 𝑓(𝑥, 𝑦) = 𝑥² − 3 𝑥𝑦 + 5 𝑦²
𝑓(𝑡𝑥, 𝑡𝑦) = (𝑡𝑥)² − 3 𝑡𝑥𝑡𝑦 + 5 (𝑡𝑦)²
𝑓(𝑡𝑥, 𝑡𝑦) = 𝑡
2
𝑥
2
− 3 𝑡²𝑥𝑦 + 5 𝑡²𝑦²
𝑓(𝑡𝑥, 𝑡𝑦) = 𝑡²(𝑥
2
− 3 𝑥𝑦 + 5 𝑦
2
)
𝑓(𝑡𝑥, 𝑡𝑦) = 𝑡
2
. 𝑓(𝑥, 𝑦)
É homogênea de grau 2.
VIII. PVI: {
𝑑𝑄
𝑑𝑡
= ( 5. 10
6
)( 2 + 𝑠𝑒𝑛 2 𝑡) − ( 5. 10
6
).
𝑄(𝑡)
10
7
; 𝑄( 0 ) = 0
a) 𝑞(𝑡) =
𝑄(𝑡)
10
6
𝑄 = 𝑞. 10
6
𝑑𝑞. 10
6
𝑑𝑡
= ( 5. 10
6
)( 2 + 𝑠𝑒𝑛 2 𝑡) − ( 5. 10
6
).
𝑞. 10
6
10
7
𝑑𝑞
𝑑𝑡
= 10 + 5 𝑠𝑒𝑛 2 𝑡 −
𝑞
2
b) ∫
𝑑𝑞
𝑑𝑡
= −
1
2
∫
𝑑𝑡
ln
| 𝑞
| = −
𝑡
2
𝑞(𝑡) = 𝑒
− 0 , 5 𝑡
. 𝑘
𝑞
′(𝑡)
= − 0 , 5 𝑡. 𝑒
− 0 , 5 𝑡
. 𝑘 + 𝑘
′
. 𝑒
− 0 , 5 𝑡
= 10 + 5 𝑠𝑒𝑛 2 𝑡 − 0 , 5 𝑡. 𝑒
− 0 , 5 𝑡
. 𝑘
𝑘
′
=
10 + 5 𝑠𝑒𝑛 2 𝑡
𝑒
− 0 , 5 𝑡
𝑘
′
= ( 10 + 5 𝑠𝑒𝑛 2 𝑡). 𝑒
0 , 5 𝑡
𝑘 = ∫ 10 𝑒
0 , 5 𝑡
𝑑𝑡 + ∫ 5 𝑠𝑒𝑛 2 𝑡. 𝑒
0 , 5 𝑡
𝑑𝑡
𝑘 = 20 𝑒
0 , 5 𝑡
−
40
17
𝑒
0 , 5 𝑡
(𝑐𝑜𝑠 2 𝑡 − 0. 25 𝑠𝑒𝑛 2 𝑡) + 𝑐
→ 𝑞(𝑡) = 20 −
40
17
( 𝑐𝑜𝑠 2 𝑡 − 0. 25 𝑠𝑒𝑛 2 𝑡
)
− 0 , 5 𝑡
𝑞(𝑡) = 20 −
40
17
(𝑐𝑜𝑠 2. ( 0 ) − 0. 25 𝑠𝑒𝑛 2. ( 0 )) + 𝑐𝑒
− 0 , 5 .( 0 )
𝑐 = − 20 +
40
17
𝑐 = −
300
17
𝑞(𝑡) = 20 −
40
17
(𝑐𝑜𝑠 2 𝑡 − 0. 25 𝑠𝑒𝑛 2 𝑡) + −
300
17
𝑒
− 0 , 5 𝑡