WorksheetsEDO 1.3 - EDO Variáveis Separáveis
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Uma EDO de 1ª Ordem dxdy=f(x,y) é dita ser de variáveis separáveis se f(x,y)=G(y)F(x) ou seja, dxdy=G(y)F(x) de onde virá que G(y)dy=F(x)dx , ou seja, as variáveis podem ser separadas. A EDO y′=x2y+cos(x)y , depois de separar as variáveis ficará assim:
y dy=(x2+cos(x))dx
y1 dy=(x2+cos(x))dx
y1dy=x2cos(x)dx
y dy=x2cos(x)dx
A EDO dxdy=e3x+2y pode ser resolvida usando a técnica das Variáveis separáveis. Para isto, basta dividir ambos os membros por e2y e a EDO terá a forma
e−2y dy=e3x dx
e2y dy=e3x dx
e−2y dy=e−3x dx
e−3y dy=e2x dx
A EDO dtdP=P−P2 d pode facilmente ter as variáveis separadas se tornando P−P2dP=dt . Integrando em ambos os membros, a integral do lado esquerdo dará (use um SAC como MAXIMA, MATHEMATICA, MAPLE, GEOGEBRA, etc., se preferir)
ln∣P∣−ln∣1−P∣+C1
ln∣∣P−P2∣∣+C1
ln∣1−P∣−ln∣P∣+C1
21 ln∣∣P−P2∣∣+C1
A EDO dxdy=x1−y2 pode ter ser facilmente as suas variáveis separadas e depois, disso, aplicando integral em ambos os membros ficaremos com ∫1−y21dy=∫x dx . Depois das duas integrais resolvidas, chegaremos em (use um SAC, se preferir, para resolver as integrais, ou consulte uma tabela de integrais)
21−y2=2x2+C
1−y2=2x2+C
arcsin(y)=2x2+C
ln∣1−y∣=2x2+C
Se y=y(t) representa a quantidade presente (de algo) no instante t e dizemos "a taxa de variação da quantidade presente é diretamente proporcional à quantidade presente", podemos representar esta afirmação com a seguinte EDO dtdy=k y , k∈R . Se y(0)=y0 a solução desta EDO será
y=y0ekt
y=y0e−kt
y=y0+ekt
y=y0−e−kt
Caso queiramos enfatizar que a quantidade y=y(t) decresce no decorrer do tempo, é comum escrever dtdy=−k y , k∈R . Se y(0)=y0 a solução desta EDO será
y=y0ekt
y=y0e−kt
y=y0+ekt
y=y0−e−kt
A meia-vida corresponde ao tempo necessário (vamos chamar de T), para que uma amostra radioativa reduza-se à metade da quantidade inicial. Como em decaimento radioativo a taxa de variação da quantidade presente é proporcional à quantidade presente o modelo matemático dtdy=−k y com y(0)=y0 se aplica. Qual relação T (Meia-Vida) deve satisfazer?
y(T)=21y0
y(T)=21k
y(T)=21e−kT
y(T)=21e−ky0
Ainda falando sobre Meia-Vida, no modelo matemático que se aplica dtdy=−k y, com y(0)=y0 , k é chamada de Constante de Decaimento. Qual a relação entre a Meia-Vida (T) e a Constante de Decaimento (k)?
k+T=2
k=T2
k=Tln(2)
k+T=ln(2)
Sabendo que a Meia-Vida do Carbono-14 é de 5.715 anos e que no modelo matemático para decaimento dtdy=−k y com y(0)=y0 e que k=Meia−Vidaln(2) . Deste modo para uma amostra com cerca de 10.000 anos, é esperado um percentual da quantidade inicial de Carbono-14 próximo de
20%
25%
30%
35%
Datação por Carbono-14 não é muito utilizada quando a data esperada é maior que 50 ou 60 mil anos. Considere k=5715ln(2) no modelo matemático dtdy=−k y com y(0)=y0 . Após 60.000 anos, qual o percentual de Carbono-14 seria encontrado na amostra?
Cerca de 0,001%
Cerca de 1%
Cerca de 0,70%
Cerca de 0,07%
