PLANO DE ENSINO
DISCIPLINA: Cálculo IV
CÓDIGO: MTM 5178
PRÉ-REQUISITO: MTM 5177
SEMESTRE: 2005.2
No. DE HORAS-AULA SEMANAL: 04
TOTAL DE HORAS-AULA: 72
CURSO: Engenharia Elétrica
PROFESSOR: Jardel Morais Pereira
EMENTA: Equações diferenciais ordinárias de ordem n com coeficientes constantes. Alguns exemplos especiais de equações diferenciais lineares com coeficientes não constantes (Método de Frobenius). Transformada de Laplace. Sistemas de equações diferenciais ordinárias lineares. Séries de Fourier e equações diferenciais parciais.
OBJETIVOS:
1. Identificar e resolver equações diferenciais ordinárias de odem n
com coeficientes constantes.
2. Usar o Método da Variação dos Parâmetros para resolver equações diferenciais ordinárias com coeficientes variáveis.
3. Utilizar a Transformada de Laplace para resolver equações diferenciais odinárias.
4. Identificar sistemas de equações diferenciais ordinárias e resolver problemas.
5. Desenvolver funções em séries de Fourier e testar a convergências dessas séries.
6. Identificar e solucionar problemas de equações diferenciais parciais lineares usando o Método de Fourier (Separação de Variáveis).
CONTEÚDO PROGRAMÁTICO:
Unidade 1 – Equações Diferenciais Ordinárias (EDO) Lineares de ordem n
- Forma normal, solução, homogeneidade e notação de operadores.
- Equações lineares de primeira ordem, circuito RL, equação de Bernoulli.
- Problema de valor inicial, espaço solução, Wronskiano e Fórmula de Abel.
- Equações diferenciais ordinárias lineares com coeficientes constantes: ordem 2 e ordem arbitrária.
- Método da Variação dos Parâmetros.
- Método dos Coefientes a Determinar.
- As equações de Euler-Cauchy, de Legendre e de Bessel.
- Circuitos RLC.
Unidade 2 – Transformada de Laplace.
2.1. Definição, linearidade, existência e fórmulas elementares.
- Transformada Inversa.
- Transformadas de derivadas e integrais.
- Teoremas de deslocamento e da Convolução.
- Solução de problemas de valor inicial, Ciircuito RLC com fonte descontínua.
Unidade 3 – Sistemas de EDO Lineares de Primeira Ordem com Coeficientes Constantes
- Forma geral , exemplos: sistemas mecânicos e redes elétricas, dependência linear de soluções, matrizes fundamentais, Fórmula de Abel.
- Método de autovalor para sistemas lineares homogêneos.
- Exponencial de uma matriz e sistemas lineares.
- Sistemas linares não homogêneos: variacão dos parâmetros.
- Matrizes similares e a Forma Canônica de Jordan.
- Redução de uma EDO de ordem n a um sistema de EDO de primeira ordem.
Unidade 4 – Séries de Fourier e Equações Diferenciais Parciais (EDP)
- Coeficientes de Fourier e expansão de funções em séries de Fourier.
- Convergência pontual da série de Fourier (Teorema de Fourier).
- Séries em senos e em cossenos.
- Mudança de intervalo.
- Convergência uniforme da série de Fourier, Identidade de Parseval.
- Problemas de contorno para EDO (Problemas de Sturm-Liouville).
- EDP: definição, linearidade, exemplos.
- A equação da onda unidimensional, solução de d’Alembert e método da separaçao de variáveis, problemas de contorno para a equação da onda.
- Problemas de contorno para a equação do calor unidimensional.
METODOLOGIA:
O conteúdo será desenvolvido através de aulas expositivas e dialogadas, com a particiapação dos alunos.
AVALIAÇÃO:
A avaliação será feita através de três provas no decorrer do semestre. A nota final será a média aritmética simples das três provas. O aluno com frequência suficiente, com nota maior ou igual a seis estará aprovado.
O conteúdo para cada prova escrita poderár ser assim distribuído:
1ª Prova – Unidade 1
2ª Prova – Unidades 2 e 3
3a Prova – Unidade 4
PROVA FINAL:
O aluno com frequência suficiente e média maior ou igual a três (3,0) e menor ou igual a cinco vírgula cinco (5,5), terá direito a realizar uma prova final sobre todo o conteúdo, conforme o que dispõe o parágrafo 2o do Art. 70 e paragráfo 3o do Art. 71 da Resolução No. 17/Cun/97. Estará aprovado o aluno que obtiver média aritméticca simples maior ou igual a seis (6,0) entre a nota da prova final e a média do semestre.
BIBLIOGRAFIA:
- BOYCE, W.E.,and DIPRIMA, R. C., Equações Diferenciais Elementares e Problemas de Contorno, 6ª ed., LTC Editora, 1999.
- BUTKOV, E., Física Matemática, LTC editora, 1988.
- CHURCHILL, R. V., Fourier Series and Boundary Value Problems, 2ª ed., Editora McGraw-Hill, 1963.
- DAVIS, H. F., Fourier Series and Orthogonal Functions, Dover, 1963.
- EDWARDS, JR., C. H., and PENNEY, D. E., Equações Diferenciais Elementares com Problemas de Contorno, 3ª ed., Editora Printice-Hall do Brasil Ltda, 1995.
- FIGUEIREDO, D. G. de, Análise de Fourier e Equações Diferenciais Parciais, Projeto Euclides, IMPA-CNPq,1977.
- KREIDER, D., et al., Introdução à Anállise Linear, vol. 1,2 e 3, Ao Livro Técnico S/A e Ed. Universidade de Brasília, R.J., 1972.
- KREYSZIG, E., Matemática Superior, vol. 1 e 2, LTC Editora.
- PISKUNOV, N., Cálculo Diferencial e Integral, vol. 1 e 2, Ed. Mir, 1977.
- SPIEGEL, M. R., Transformadas de Laplace; resumo e teoria, d. McGraw-Hill, 1971.
- TIJONOV, A., and SAMARSKI, A., Equaciones de la Física Matemática, E. Mir, 1972.
- ZILL, D. G., Equações Diferenciais, vol. 1 e 2, Ed. Makron, 2001.
Florianópolis, 01 de agosto de 2005.
Prof. Jardel Morais Pereira
Coordenador da disciplina