Cálculo Exemplos

$\frac{d y}{d t} + 4 y = 11$ , $y (0) = 1$

Etapa 1

O fator de integração é definido pela fórmula $e^{\int P (t) d t}$ , em que $P (t) = 4$ .

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Etapa 1.1

Determine a integração.

$e^{\int 4 d t}$

Etapa 1.2

Aplique a regra da constante.

$e^{4 t + C}$

Etapa 1.3

Remova a constante de integração.

$e^{4 t}$

Etapa 2

Multiplique cada termo pelo fator de integração $e^{4 t}$ .

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Etapa 2.1

Multiplique cada termo por $e^{4 t}$ .

$e^{4 t} \frac{d y}{d t} + e^{4 t} (4 y) = e^{4 t} \cdot 11$

Etapa 2.2

Reescreva usando a propriedade comutativa da multiplicação.

$e^{4 t} \frac{d y}{d t} + 4 e^{4 t} y = e^{4 t} \cdot 11$

Etapa 2.3

Mova $11$ para a esquerda de $e^{4 t}$ .

$e^{4 t} \frac{d y}{d t} + 4 e^{4 t} y = 11 \cdot e^{4 t}$

Etapa 2.4

Reordene os fatores em $e^{4 t} \frac{d y}{d t} + 4 e^{4 t} y = 11 e^{4 t}$ .

$e^{4 t} \frac{d y}{d t} + 4 y e^{4 t} = 11 e^{4 t}$

Etapa 3

Reescreva o lado esquerdo como resultado da diferenciação de um produto.

$\frac{d}{d t} [e^{4 t} y] = 11 e^{4 t}$

Etapa 4

Determine uma integral de cada lado.

$\int \frac{d}{d t} [e^{4 t} y] d t = \int 11 e^{4 t} d t$

Etapa 5

Integre o lado esquerdo.

$e^{4 t} y = \int 11 e^{4 t} d t$

Etapa 6

Integre o lado direito.

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Etapa 6.1

Como $11$ é constante com relação a $t$ , mova $11$ para fora da integral.

$e^{4 t} y = 11 \int e^{4 t} d t$

Etapa 6.2

Deixe $u = 4 t$ . Depois, $d u = 4 d t$ , então, $\frac{1}{4} d u = d t$ . Reescreva usando $u$ e $d$ $u$ .

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Etapa 6.2.1

Deixe $u = 4 t$ . Encontre $\frac{d u}{d t}$ .

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Etapa 6.2.1.1

Diferencie $4 t$ .

$\frac{d}{d t} [4 t]$

Etapa 6.2.1.2

Como $4$ é constante em relação a $t$ , a derivada de $4 t$ em relação a $t$ é $4 \frac{d}{d t} [t]$ .

$4 \frac{d}{d t} [t]$

Etapa 6.2.1.3

Diferencie usando a regra da multiplicação de potências, que determina que $\frac{d}{d t} [t^{n}]$ é $n t^{n - 1}$ , em que $n = 1$ .

$4 \cdot 1$

Etapa 6.2.1.4

Multiplique $4$ por $1$ .

$4$

Etapa 6.2.2

Reescreva o problema usando $u$ e $d u$ .

$e^{4 t} y = 11 \int e^{u} \frac{1}{4} d u$

Etapa 6.3

Combine $e^{u}$ e $\frac{1}{4}$ .

$e^{4 t} y = 11 \int \frac{e^{u}}{4} d u$

Etapa 6.4

Como $\frac{1}{4}$ é constante com relação a $u$ , mova $\frac{1}{4}$ para fora da integral.

$e^{4 t} y = 11 (\frac{1}{4} \int e^{u} d u)$

Etapa 6.5

Combine $\frac{1}{4}$ e $11$ .

$e^{4 t} y = \frac{11}{4} \int e^{u} d u$

Etapa 6.6

A integral de $e^{u}$ com relação a $u$ é $e^{u}$ .

$e^{4 t} y = \frac{11}{4} (e^{u} + C)$

Etapa 6.7

Simplifique.

$e^{4 t} y = \frac{11}{4} e^{u} + C$

Etapa 6.8

Substitua todas as ocorrências de $u$ por $4 t$ .

$e^{4 t} y = \frac{11}{4} e^{4 t} + C$

Etapa 7

Divida cada termo em $e^{4 t} y = \frac{11}{4} e^{4 t} + C$ por $e^{4 t}$ e simplifique.

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Etapa 7.1

Divida cada termo em $e^{4 t} y = \frac{11}{4} e^{4 t} + C$ por $e^{4 t}$ .

$\frac{e^{4 t} y}{e^{4 t}} = \frac{\frac{11}{4} e^{4 t}}{e^{4 t}} + \frac{C}{e^{4 t}}$

Etapa 7.2

Simplifique o lado esquerdo.

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Etapa 7.2.1

Cancele o fator comum de $e^{4 t}$ .

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Etapa 7.2.1.1

Cancele o fator comum.

$\frac{e^{4 t} y}{e^{4 t}} = \frac{\frac{11}{4} e^{4 t}}{e^{4 t}} + \frac{C}{e^{4 t}}$

Etapa 7.2.1.2

Divida $y$ por $1$ .

$y = \frac{\frac{11}{4} e^{4 t}}{e^{4 t}} + \frac{C}{e^{4 t}}$

Etapa 7.3

Simplifique o lado direito.

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Etapa 7.3.1

Cancele o fator comum de $e^{4 t}$ .

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Etapa 7.3.1.1

Cancele o fator comum.

$y = \frac{\frac{11}{4} e^{4 t}}{e^{4 t}} + \frac{C}{e^{4 t}}$

Etapa 7.3.1.2

Divida $\frac{11}{4}$ por $1$ .

$y = \frac{11}{4} + \frac{C}{e^{4 t}}$

Etapa 8

Use a condição inicial para encontrar o valor de $C$ , substituindo $0$ por $t$ e $1$ por $y$ em $y = \frac{11}{4} + \frac{C}{e^{4 t}}$ .

$1 = \frac{11}{4} + \frac{C}{e^{4 \cdot 0}}$

Etapa 9

Resolva $C$ .

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Etapa 9.1

Reescreva a equação como $\frac{11}{4} + \frac{C}{e^{4 \cdot 0}} = 1$ .

$\frac{11}{4} + \frac{C}{e^{4 \cdot 0}} = 1$

Etapa 9.2

Simplifique cada termo.

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Etapa 9.2.1

Simplifique o denominador.

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Etapa 9.2.1.1

Multiplique $4$ por $0$ .

$\frac{11}{4} + \frac{C}{e^{0}} = 1$

Etapa 9.2.1.2

Qualquer coisa elevada a $0$ é $1$ .

$\frac{11}{4} + \frac{C}{1} = 1$

Etapa 9.2.2

Divida $C$ por $1$ .

$\frac{11}{4} + C = 1$

Etapa 9.3

Mova todos os termos que não contêm $C$ para o lado direito da equação.

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Etapa 9.3.1

Subtraia $\frac{11}{4}$ dos dois lados da equação.

$C = 1 - \frac{11}{4}$

Etapa 9.3.2

Escreva $1$ como uma fração com um denominador comum.

$C = \frac{4}{4} - \frac{11}{4}$

Etapa 9.3.3

Combine os numeradores em relação ao denominador comum.

$C = \frac{4 - 11}{4}$

Etapa 9.3.4

Subtraia $11$ de $4$ .

$C = \frac{- 7}{4}$

Etapa 9.3.5

Mova o número negativo para a frente da fração.

$C = - \frac{7}{4}$

Etapa 10

Substitua $- \frac{7}{4}$ por $C$ em $y = \frac{11}{4} + \frac{C}{e^{4 t}}$ e simplifique.

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Etapa 10.1

Substitua $- \frac{7}{4}$ por $C$ .

$y = \frac{11}{4} + \frac{- \frac{7}{4}}{e^{4 t}}$

Etapa 10.2

Simplifique cada termo.

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Etapa 10.2.1

Multiplique o numerador pelo inverso do denominador.

$y = \frac{11}{4} - \frac{7}{4} \cdot \frac{1}{e^{4 t}}$

Etapa 10.2.2

Multiplique $\frac{1}{e^{4 t}}$ por $\frac{7}{4}$ .

$y = \frac{11}{4} - \frac{7}{e^{4 t} \cdot 4}$

Etapa 10.2.3

Mova $4$ para a esquerda de $e^{4 t}$ .

$y = \frac{11}{4} - \frac{7}{4 e^{4 t}}$