Equações diferenciais ordinárias reais lineares com coeficientes constantes: uma abordagem elementar via derivadas
| Ano de defesa: | 2025 |
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Resumo: | This dissertation proposes an alternative didactic approach for solving Real Linear Ordinary Differential Equations with Constant Coefficients. The study aims to demystify the inherent complexity of these equations, making them accessible to students with a more elementary knowledge of calculus. The developed methodology is exclusively founded on the property that a differentiable function on an open interval is constant if, and only if, its derivative is zero. This method was detailed and applied to ODEs of first, second, and third orders, covering cases with distinct real roots, multiple real roots, and the treatment of complex conjugate roots without the explicit use of complex numbers in the derivation process. Furthermore, a brief generalization of the method for ODEs of order was addressed. The efficacy and versatility of the approach were corroborated through applications in physics modeling problems, such as mass-spring systems, and electrical circuits. As a pedagogical contribution, a didactic sequence was developed for high school students in mathematics olympiad classes, consolidating a practical resource for the implementation of this methodology in the classroom and fostering mathematics education more broadly. |
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Melo, Antonio Airton deMelo, Marcos Ferreira de2025-09-05T17:31:21Z2025-09-05T17:31:21Z2025MELO, Antonio Airton de. Equações diferenciais ordinárias reais lineares com coeficientes constantes: uma abordagem elementar via derivadas. 2025. 70 f. Dissertação (Mestrado Profissional em Matemática em Rede Nacional) - Centro de Ciências, Departamento de Matemática, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2025.http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/82404This dissertation proposes an alternative didactic approach for solving Real Linear Ordinary Differential Equations with Constant Coefficients. The study aims to demystify the inherent complexity of these equations, making them accessible to students with a more elementary knowledge of calculus. The developed methodology is exclusively founded on the property that a differentiable function on an open interval is constant if, and only if, its derivative is zero. This method was detailed and applied to ODEs of first, second, and third orders, covering cases with distinct real roots, multiple real roots, and the treatment of complex conjugate roots without the explicit use of complex numbers in the derivation process. Furthermore, a brief generalization of the method for ODEs of order was addressed. The efficacy and versatility of the approach were corroborated through applications in physics modeling problems, such as mass-spring systems, and electrical circuits. As a pedagogical contribution, a didactic sequence was developed for high school students in mathematics olympiad classes, consolidating a practical resource for the implementation of this methodology in the classroom and fostering mathematics education more broadly.Esta dissertação propõe uma alternativa didática para a resolução de Equações Diferenciais Ordinárias Reais Lineares com Coeficientes Constantes. O estudo visa desmistificar a complexidade inerente a essas equações, tornando-as acessíveis a estudantes com um conhecimento mais elementar de cálculo. A metodologia desenvolvida fundamenta-se exclusivamente na propriedade de que uma função derivável em um intervalo aberto é constante se, e somente se, sua derivada é nula. Este método foi detalhado e aplicado a EDOs de primeira, segunda e terceira ordens, cobrindo os casos de raízes reais distintas, raízes reais múltiplas e o tratamento de raízes complexas conjugadas sem o uso explícito de números complexos no processo de derivação. Além disso, uma breve generalização do método para EDOs de ordem foi abordada. A eficácia e a versatilidade da abordagem foram corroboradas por meio de aplicações em problemas de modelagem da física, como sistemas massa-mola e circuitos elétricos. Como contribuição pedagógica, foi elaborada uma sequência didática para alunos do ensino médio em turmas olímpicas de matemática, consolidando um recurso prático para a implementação desta metodologia em sala de aula e fomentando o ensino de matemática de forma mais ampla.Equações diferenciais ordinárias reais lineares com coeficientes constantes: uma abordagem elementar via derivadasReal linear ordinary differential equations with constant coefficients: an elementary approach via derivativesinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisEquações diferenciais ordináriasMatemática - Estudo e ensinoEquações diferenciaisMatemática - Programas de atividadesOrdinary differential equationsMathematics - Study and teachingMathematics - Activity programsCNPQ::OUTROSinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC)instname:Universidade Federal do Ceará (UFC)instacron:UFChttp://lattes.cnpq.br/7503385506942186https://orcid.org/0000-0002-7014-1066http://lattes.cnpq.br/5162031037556851LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/82404/2/license.txt8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD52ORIGINAL2025_dis_aamelo.pdf2025_dis_aamelo.pdfapplication/octet-stream1124045http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/82404/3/2025_dis_aamelo.pdf7fd997bc179683100ebad240c44e74c0MD53riufc/824042025-09-05 14:34:31.109oai:repositorio.ufc.br:riufc/82404Tk9URTogUExBQ0UgWU9VUiBPV04gTElDRU5TRSBIRVJFClRoaXMgc2FtcGxlIGxpY2Vuc2UgaXMgcHJvdmlkZWQgZm9yIGluZm9ybWF0aW9uYWwgcHVycG9zZXMgb25seS4KCk5PTi1FWENMVVNJVkUgRElTVFJJQlVUSU9OIExJQ0VOU0UKCkJ5IHNpZ25pbmcgYW5kIHN1Ym1pdHRpbmcgdGhpcyBsaWNlbnNlLCB5b3UgKHRoZSBhdXRob3Iocykgb3IgY29weXJpZ2h0Cm93bmVyKSBncmFudHMgdG8gRFNwYWNlIFVuaXZlcnNpdHkgKERTVSkgdGhlIG5vbi1leGNsdXNpdmUgcmlnaHQgdG8gcmVwcm9kdWNlLAp0cmFuc2xhdGUgKGFzIGRlZmluZWQgYmVsb3cpLCBhbmQvb3IgZGlzdHJpYnV0ZSB5b3VyIHN1Ym1pc3Npb24gKGluY2x1ZGluZwp0aGUgYWJzdHJhY3QpIHdvcmxkd2lkZSBpbiBwcmludCBhbmQgZWxlY3Ryb25pYyBmb3JtYXQgYW5kIGluIGFueSBtZWRpdW0sCmluY2x1ZGluZyBidXQgbm90IGxpbWl0ZWQgdG8gYXVkaW8gb3IgdmlkZW8uCgpZb3UgYWdyZWUgdGhhdCBEU1UgbWF5LCB3aXRob3V0IGNoYW5naW5nIHRoZSBjb250ZW50LCB0cmFuc2xhdGUgdGhlCnN1Ym1pc3Npb24gdG8gYW55IG1lZGl1bSBvciBmb3JtYXQgZm9yIHRoZSBwdXJwb3NlIG9mIHByZXNlcnZhdGlvbi4KCllvdSBhbHNvIGFncmVlIHRoYXQgRFNVIG1heSBrZWVwIG1vcmUgdGhhbiBvbmUgY29weSBvZiB0aGlzIHN1Ym1pc3Npb24gZm9yCnB1cnBvc2VzIG9mIHNlY3VyaXR5LCBiYWNrLXVwIGFuZCBwcmVzZXJ2YXRpb24uCgpZb3UgcmVwcmVzZW50IHRoYXQgdGhlIHN1Ym1pc3Npb24gaXMgeW91ciBvcmlnaW5hbCB3b3JrLCBhbmQgdGhhdCB5b3UgaGF2ZQp0aGUgcmlnaHQgdG8gZ3JhbnQgdGhlIHJpZ2h0cyBjb250YWluZWQgaW4gdGhpcyBsaWNlbnNlLiBZb3UgYWxzbyByZXByZXNlbnQKdGhhdCB5b3VyIHN1Ym1pc3Npb24gZG9lcyBub3QsIHRvIHRoZSBiZXN0IG9mIHlvdXIga25vd2xlZGdlLCBpbmZyaW5nZSB1cG9uCmFueW9uZSdzIGNvcHlyaWdodC4KCklmIHRoZSBzdWJtaXNzaW9uIGNvbnRhaW5zIG1hdGVyaWFsIGZvciB3aGljaCB5b3UgZG8gbm90IGhvbGQgY29weXJpZ2h0LAp5b3UgcmVwcmVzZW50IHRoYXQgeW91IGhhdmUgb2J0YWluZWQgdGhlIHVucmVzdHJpY3RlZCBwZXJtaXNzaW9uIG9mIHRoZQpjb3B5cmlnaHQgb3duZXIgdG8gZ3JhbnQgRFNVIHRoZSByaWdodHMgcmVxdWlyZWQgYnkgdGhpcyBsaWNlbnNlLCBhbmQgdGhhdApzdWNoIHRoaXJkLXBhcnR5IG93bmVkIG1hdGVyaWFsIGlzIGNsZWFybHkgaWRlbnRpZmllZCBhbmQgYWNrbm93bGVkZ2VkCndpdGhpbiB0aGUgdGV4dCBvciBjb250ZW50IG9mIHRoZSBzdWJtaXNzaW9uLgoKSUYgVEhFIFNVQk1JU1NJT04gSVMgQkFTRUQgVVBPTiBXT1JLIFRIQVQgSEFTIEJFRU4gU1BPTlNPUkVEIE9SIFNVUFBPUlRFRApCWSBBTiBBR0VOQ1kgT1IgT1JHQU5JWkFUSU9OIE9USEVSIFRIQU4gRFNVLCBZT1UgUkVQUkVTRU5UIFRIQVQgWU9VIEhBVkUKRlVMRklMTEVEIEFOWSBSSUdIVCBPRiBSRVZJRVcgT1IgT1RIRVIgT0JMSUdBVElPTlMgUkVRVUlSRUQgQlkgU1VDSApDT05UUkFDVCBPUiBBR1JFRU1FTlQuCgpEU1Ugd2lsbCBjbGVhcmx5IGlkZW50aWZ5IHlvdXIgbmFtZShzKSBhcyB0aGUgYXV0aG9yKHMpIG9yIG93bmVyKHMpIG9mIHRoZQpzdWJtaXNzaW9uLCBhbmQgd2lsbCBub3QgbWFrZSBhbnkgYWx0ZXJhdGlvbiwgb3RoZXIgdGhhbiBhcyBhbGxvd2VkIGJ5IHRoaXMKbGljZW5zZSwgdG8geW91ciBzdWJtaXNzaW9uLgo=Repositório InstitucionalPUBhttp://www.repositorio.ufc.br/ri-oai/requestbu@ufc.br || repositorio@ufc.bropendoar:2025-09-05T17:34:31Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC) - Universidade Federal do Ceará (UFC)false |
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