Wayground logo

Free Printable Worksheets

Font size

S
M
L
XL
Worksheets

EDO 1.3 - EDO Variáveis Separáveis

Total questions: 10

Worksheet time: 1hrs 5mins

Name
Class
Date
1.

Uma EDO de 1ª Ordem  dydx=f(x,y)\frac{dy}{dx}=f\left(x,y\right)  é dita ser de variáveis separáveis se  f(x,y)=F(x)G(y)f\left(x,y\right)=\frac{F\left(x\right)}{G\left(y\right)} ou seja,  dydx=F(x)G(y)\frac{dy}{dx}=\frac{F\left(x\right)}{G\left(y\right)}  de onde virá que   G(y)dy=F(x)dxG\left(y\right)dy=F\left(x\right)dx  , ou seja, as variáveis podem ser separadas. A EDO  y′=x2y+cos⁡(x)yy'=x^2y+\cos\left(x\right)y  , depois de separar as variáveis ficará assim:

a)

 y dy=(x2+cos⁡(x))dxy\ dy=\left(x^2+\cos\left(x\right)\right)dx  

b)

 1y dy=(x2+cos⁡(x))dx\frac{1}{y}\ dy=\left(x^2+\cos\left(x\right)\right)dx  

c)

 1ydy=x2cos⁡(x)dx\frac{1}{y}dy=x^2\cos\left(x\right)dx  

d)

 y dy=x2cos⁡(x)dxy\ dy=x^2\cos\left(x\right)dx  

2.

A EDO  dydx=e3x+2y\frac{dy}{dx}=e^{3x+2y}  pode ser resolvida usando a técnica das Variáveis separáveis. Para isto, basta dividir ambos os membros por  e2ye^{2y}  e a EDO terá a forma

a)

 e−2y dy=e3x dxe^{-2y}\ dy=e^{3x}\ dx  

b)

 e2y dy=e3x dxe^{2y}\ dy=e^{3x}\ dx  

c)

 e−2y dy=e−3x dxe^{-2y}\ dy=e^{-3x}\ dx  

d)

 e−3y dy=e2x dxe^{-3y}\ dy=e^{2x}\ dx  

3.

A EDO  \frac{dP}{dt}=P-P^2 d pode facilmente ter as variáveis separadas se tornando  \frac{dP}{P-P^2}=dt  . Integrando em ambos os membros, a integral do lado esquerdo dará (use um SAC como MAXIMA, MATHEMATICA, MAPLE, GEOGEBRA, etc., se preferir)

a)

 ln⁡∣P∣−ln⁡∣1−P∣+C1\ln\left|P\right|-\ln\left|1-P\right|+C_1  

b)

 ln⁡∣P−P2∣+C1\ln\left|P-P^2\right|+C_1  

c)

 ln⁡∣1−P∣−ln⁡∣P∣+C1\ln\left|1-P\right|-\ln\left|P\right|+C_1  

d)

 12 ln⁡∣P−P2∣+C1\frac{1}{2}\ \ln\left|P-P^2\right|+C_1  

4.

A EDO  dydx=x1−y2\frac{dy}{dx}=x\sqrt{1-y^2}  pode ter ser facilmente as suas variáveis separadas e depois, disso, aplicando integral em ambos os membros ficaremos com  ∫11−y2dy=∫x dx\int\frac{1}{\sqrt{1-y^2}}dy=\int x\ dx . Depois das duas integrais resolvidas, chegaremos em (use um SAC, se preferir, para resolver as integrais, ou consulte uma tabela de integrais) 

a)

 21−y2=x22+C2\sqrt{1-y^2}=\frac{x^2}{2}+C  

b)

 1−y2=x22+C\sqrt{1-y^2}=\frac{x^2}{2}+C  

c)

 arcsin⁡(y)=x22+C\arcsin\left(y\right)=\frac{x^2}{2}+C  

d)

 ln⁡∣1−y∣=x22+C\ln\left|1-y\right|=\frac{x^2}{2}+C  

5.

Se y=y(t)y=y\left(t\right)  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  dydt=k y  , k∈R\frac{dy}{dt}=k\ y\ \ ,\ k\in R . Se  y(0)=y0y\left(0\right)=y_0   a solução desta EDO será

a)

 y=y0ekty=y_0e^{kt}  

b)

 y=y0e−kty=y_0e^{-kt}  

c)

 y=y0+ekty=y_0+e^{kt}  

d)

 y=y0−e−kty=y_0-e^{-kt}  

6.

Caso queiramos enfatizar que a quantidade  y=y(t)y=y\left(t\right) decresce no decorrer do tempo, é comum escrever dydt=−k y ,   k∈R\frac{dy}{dt}=-k\ y\ ,\ \ \ k\in R . Se  y(0)=y0y\left(0\right)=y_0   a solução desta EDO será

a)

 y=y0ekty=y_0e^{kt}  

b)

 y=y0e−kty=y_0e^{-kt}  

c)

 y=y0+ekty=y_0+e^{kt}  

d)

 y=y0−e−kty=y_0-e^{-kt}  

7.

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 dydt=−k y\frac{dy}{dt}=-k\ y  com  y(0)=y0y\left(0\right)=y_0  se aplica. Qual relação T (Meia-Vida) deve satisfazer?

a)

 y(T)=12y0y\left(T\right)=\frac{1}{2}y_0  

b)

 y(T)=12ky\left(T\right)=\frac{1}{2}k  

c)

 y(T)=12e−kTy\left(T\right)=\frac{1}{2}e^{-kT}  

d)

 y(T)=12e−ky0y\left(T\right)=\frac{1}{2}e^{-ky_0}  

8.

Ainda falando sobre Meia-Vida, no modelo matemático que se aplica  \frac{dy}{dt}=-k\ y,\ \ com\ \ y\left(0\right)=y_0 , k é chamada de Constante de Decaimento. Qual a relação entre a Meia-Vida (T) e a Constante de Decaimento (k)?

a)

 k+T=2k+T=2  

b)

 k=2Tk=\frac{2}{T}  

c)

 k=ln⁡(2)Tk=\frac{\ln\left(2\right)}{T}  

d)

 k+T=ln⁡(2)k+T=\ln\left(2\right)  

9.

Sabendo que a Meia-Vida do Carbono-14 é de 5.715 anos e que no modelo matemático para decaimento  \frac{dy}{dt}=-k\ y\ \ com\ \ \ y\left(0\right)=y_0  e que  k=\frac{\ln\left(2\right)}{Meia-Vida} . Deste modo para uma amostra com cerca de 10.000 anos, é esperado um percentual da quantidade inicial de Carbono-14 próximo de

a)

20%

b)

25%

c)

30%

d)

35%

10.

Datação por Carbono-14 não é muito utilizada quando a data esperada é maior que 50 ou 60 mil anos. Considere  k=ln⁡(2)5715k=\frac{\ln\left(2\right)}{5715}  no modelo matemático  dydt=−k y  com y(0)=y0\frac{dy}{dt}=-k\ y\ \ com\ y\left(0\right)=y_0  . Após 60.000 anos, qual o percentual de Carbono-14 seria encontrado na amostra?

a)

Cerca de 0,001%

b)

Cerca de 1%

c)

Cerca de 0,70% 

d)

Cerca de 0,07%