topologia da reta
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Topologia da Reta
Maria do Carmo Martins
setembro 2013
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Distancia entre dois pontos
Dados a, b R, define-se a distancia entre a e b por
d a, b a b b a
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Vizinhanca
Sendo a R e � R , chama-se vizinhanca � de a, ao intervaloaberto de centro em a e raio �. Representa-se por V� a ou V a; �
V� a x R : x a �
x R : a � x a �
a �, a �
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Observacao 1- Tipos de intervalos
Os intervalos de R sao da forma:
a, b ;
a, b ;
a, b ;
a, b ; com a b
, a ;
, a ;
b, ;
b, ;
, R
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Ponto interior
Definicao
Seja A R. Diz-se que x A e ponto interior de A se, e so se,existe uma vizinhanca de x contida em A.
Ao conjunto de todos os pontos interiores de A, chama-se interior
de A e representa-se por int A ou A. Simbolicamente
x int A h R : Vh
x A
h 0 : x h, x h A.
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Observacao 2
Por definicao, os pontos interiores de um conjunto A sao elementosde A, isto e,
x int A x A,
ou seja, verifica-se a relacao de inclusao
int A A.
Na pratica e atendendo a Lei da Conversao se x A, entaox int A. Deste modo, ao determinar os pontos interiores de umconjunto A basta averiguar somente os elementos de A.
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Exercıcio 1
Determine o interior de I 2, 5 .
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Exercıcio 2
Seja A x1, x2, , xn
um conjunto finito. Determine o interiorde A.
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Observacao 3
Complete:
Se A e finito, entao int A
Se int A , entao A e infinito.
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Observacao 4
Note-se que sendo A um conjunto infinito o int A podera ser ounao o conjunto vazio.
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Exercıcio 3
Determine o interior de Q.
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Exercıcio 4
Determine o interior dos seguintes conjuntos:
a) a, b ;
b) a, b ;
c) , b ;
d) , b ;
e) a, ;
f) a, .
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Conjunto Aberto
Definicao
Um conjunto A R, diz-se aberto se, e so se, int A A.
Nota: O conjunto vazio e um aberto de R.
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Exercıcio 5
Verifique se os seguintes conjuntos sao abertos de R:
a) a, b ;
b) Q;
c) a, b ;
d) , a ;
e) a, ;
f) R;
g) a, b ;
h) a, b ;
i) , a ;
j) a, .
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Exercıcio 6
Mostre que todo o subconjunto unitario de R nao e um aberto deR.
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Exercıcio 7
Mostre que se A1 e A2 sao abertos de R, entao A1 A2 e umaberto de R.
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Teorema 1 - Propriedades dos Abertos de R
1 A interseccao de um numero finito de abertos e um aberto.
2 A reuniao de um numero finito ou nao de abertos de R e umaberto de R.
3 R e sao abertos de R.
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Observacao 5
Vimos que a interseccao finita de abertos e um aberto. Vejamos,atraves de exemplos, que a interseccao infinita de abertos podenao ser um aberto.
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Exercıcio 8
Considere a interseccao infinita
An N
1
n,1
n
Averigue se e um aberto.
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Exercıcio 9
Considere a interseccao infinita
Bn N
n, n .
Averigue se e um aberto.
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Exercıcio 10
Verifique se o complementar, em R, de um conjunto finito
X x1, x2, , xn
,
com x1 x2 xn
e um aberto de R.
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Exercıcio 11
Mostre que R Z e um aberto.
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Conjuntos Fechados
Definicao
Seja A R. Um ponto a R e ponto aderente de A se existeuma sucessao x
n
de elementos em A, convergente para a (ou,quando a for limite de uma sucessao x
n
de elementos em A).
Ao conjunto de todos os pontos aderentes a A, chamamosaderencia ou fecho de A e representa-se por A ou ad A.Simbolicamente
x ad A xn
A, n N : lim xn
x .
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Observacao 6
Se x A, entao x ad A, ou seja
A ad A.
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Exercıcio 12
Seja A 0, . Mostre que 0 ad A.
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Teorema 2
x ad A h R , Vh
x A
h 0, x h, x h A
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Exercıcio 13
Determine a aderencia de a, b .
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Exercıcio 14
Seja A x : x 1n
, n N . Determine a aderencia de A.
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Exercıcio 15
Determine a aderencia dos seguintes conjuntos:
a) a ;
b) a, ;
c) Q;
d) R;
e) N;
f) Z.
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Conjunto Fechado
Definicao
Um conjunto F R diz-se fechado se, e so se, F ad F .
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Exercıcio 16
Verifique se os seguintes conjuntos sao fechados:
a) a, b ;
b) a ;
c) a, ;
d) Q;
e) R;
f) N;
g) Z;
h) .
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Observacao 7
Os conceitos de aberto e fechado nao sao contrarios, isto e, o factode um conjunto nao ser aberto nao implica que seja fechado, evice-versa. Em suma, dado um conjunto A R este podera ser:
aberto e fechado; por exemplo
aberto e nao fechado; por exemplo
nao aberto e fechado; por exemplo
nao aberto e nao fechado; por exemplo
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Teorema 3
Seja F R. F e fechado se, e so se, o CRF e aberto de R.
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Teorema 4 - Propriedades dos Fechados
1 R e sao fechados de R.
2 A reuniao de uma famılia finita de fechados de R e umfechado de R.
3 A interseccao de uma famılia (finita ou infinita) de fechadosde R e um fechado de R.
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Observacao 8
A reuniao de um numero infinito de fechados pode nao ser umfechado.
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Exercıcio 17
Considere a reuniao infinita de fechados
Cn N
11
n, 1
1
n.
Verifique se e um fechado.
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Exercıcio 18
Considere a reuniao infinita de fechados
Dn N
1
n,1
n.
Verifique se e um fechado.
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Teorema 5
A aderencia de todo o conjunto X R e um fechado.
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Ponto de Acumulacao
Definicao
Sejam A R e x R. Diz-se que x e ponto de acumulacao de Ase, e so se, qualquer intervalo aberto centrado em x contenhaalgum ponto de A distinto de x.
Ao conjunto de todos os pontos de acumulacao de A, chamamosderivado de A e representa-se por A’. Simbolicamente
x A h 0, x h, x h x A
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Exercıcio 19
Seja A x : x 1n
, n N . Determine o derivado de A.
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Observacao 9
Note-se que se x A , x pode ou nao pertencer a A, daı queA A e A A. Todavia, podemos afirmar que A ad A.
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Exercıcio 20
Determine o derivado de cada um dos conjuntos:
a) a, b ;
b) Q;
c) Z;
d) N.
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Teorema 6
Seja A R. A aderencia de A e a reuniao de A com o seuderivado, isto e,
ad A A A .
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Ponto Isolado
Definicao
Seja A R. Diz-se que x A e ponto de isolado de A se, e sose, x nao e ponto de acumulacao de A. Simbolicamente
x e ponto isolado de A h 0, x h, x h A x
Nota: Nao ha notacao especıfica para indicar o conjunto dospontos isolados de A. Por esta razao, escreve-se:
x : x e ponto isolado de A
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Exercıcio 21
Determine os pontos isolados de:
a) Z;
b) B 0, 1 N;
c) N.
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Ponto Exterior
Definicao
Sejam A R e x R. Diz-se que x e ponto exterior a A se, e sose, x e ponto interior do complementar de A.
O conjunto dos pontos exteriores de A, chama-se exterior de A erepresenta-se por ext A. Simbolicamente
x ext A x int CRA
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Exercıcio 22
Seja A 2, 5 . Verifique se:
a) 112 ext A;
b) 2 ext A.
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Exercıcio 23
Determine o exterior de:
a) Z;
b) Q.
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Ponto Fronteiro
Definicao
Sejam A R e p R. Diz-se que p e ponto fronteiro de A se, eso se, qualquer intervalo aberto centrado em p contem pelo menosum elemento de A e outro do CRA.
O conjunto dos pontos fronteiros de A, chama-se fronteira de A erepresenta-se por fr A. Simbolicamente
p fr A h R , Vh
p A Vh
p CRA
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Observacao 10
Seja A R. Entao:
ad A int A fr A;
int A A;
A ad A;
A ad A;
ad A A A .
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Exercıcio 24
Determine o interior, a aderencia, o derivado, o exterior, a fronteirae o conjunto dos pontos isolados de cada um dos conjuntos:
a) A 1, 3 0, 2 ;
b) C x R : x 1n
, n N ;
c) B , 3 5 .
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Exercıcio 25
Classifique em aberto e/ou fechado os seguintes conjuntos:
a) Z;
b) Q;
c) A 5, 4 3, 8 ;
d)B 1, 0 12 1, .
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Bibliografia
Maria Augusta Ferreira Neves, Maria Teresa Coutinho Vieira eAlfredo Gomes Alves, exercıcios de Matematica 12o ano, vol.2, Porto Editora.
Francelino Gomes, Praticas de Matematica 12o ano, vol. 2,Editorial O Livro.
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Limites de funcoes reais de variavel real
Maria do Carmo Martins
setembro de 2013
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Definicao
Seja f : X R, uma funcao com valores reais, definida numsubconjunto X R e seja a R um ponto de acumulacao de X ,isto e, a X . Diz-se que o numero real ` e o limite de f xquando x tende para a, e escreve-se
limx a
f x `
se, e so se, para cada numero real ✏ 0, dado arbitrariamente,existe � 0 (que depende de ✏) de modo que f x ` ✏sempre que x X e 0 x a �. Simbolicamente:
limx a
f x `
✏ 0 � 0; x X , 0 x a � f x ` ✏.
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Observacoes
De acordo com a definicao anteriormente dada, so temsentido escrever lim
x a
f x ` quando a e ponto de
acumulacao do domınio da funcao f .
Ao considerarmos o limite limx a
f x ` nao exigimos que o
ponto a pertenca ao domınio da funcao f . Nos casos maisinteressantes de limite, tem-se que a X .
Mesmo que se tenha a X , a afirmacao limx a
f x ` nada
diz respeito do valor f a . Ela descreve apenas ocomportamento dos valores f x para x proximo de a, comx a. Explicitamente e possıvel ter-se lim
x a
f x f a .
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Exercıcio 1
Prove, pela definicao de limite segundo Cauchy, que:
a) limx 1
5 2x 3;
b) limx 3
4x 1 11
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Ponto de Acumulacao a Esquerda e a Direita
Definicao
Sejam X R e a R. Diz-se que:
a e ponto de acumulacao a direita e escreve-se a X se, eso se,
h 0, X a, a h
a e ponto de acumulacao a esquerda e escreve-se a Xse, e so se,
h 0, X a h, a
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Limite lateral a direita segundo Cauchy
Sejam X R, f : X R e a X . Diz-se que ` e limite adireita de f(x) quando x tende para a ou ` e limite lateral adireita de f x quando x tende para a e escreve-se
limx a
f x `
se, e so se,
✏ 0 � 0; x X , x a, a � f x ` ✏
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Limite lateral a esquerda segundo Cauchy
Sejam X R, f : X R e a X . Diz-se que ` e limite aesquerda de f(x) quando x tende para a ou ` e limite lateral aesquerda de f x quando x tende para a e escreve-se
limx a
f x `
se, e so se,
✏ 0 � 0; x X , x a �, a f x ` ✏
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Teorema 1
Sejam X R, f : X R e a X . Entao limx a
f x ` se, e so
se, existirem e forem iguais a ` os limites laterais
limx a
f x e limx a
f x .
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Teorema 2 - Unicidade do limite
Sejam X R, f : X R e a X . Se
limx a
f x `1 e limx a
f x `2,
entao
`1 `2.
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Teorema 3
Sejam
X R,f : X R e
a X .
Dado Y X tal que a Y , seja g fY
.
Se limx a
f x `, entao
limx a
g x `.
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Teorema 4
Sejam
X R,f : X R e
a X .
Se existir limx a
f x , entao f e limitada numa vizinhanca de a, isto
e,
A 0 : x X , � 0 : 0 x a � f x A.
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Teorema 5 - (Enquadramento)
Sejam X R, f , g , h : X R e a X . Se para todo x X a ,
f x g x h x e
limx a
f x limx a
h x `,
entaolimx a
g x `.
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Teorema 6
Sejam X R, f , g : X R e a X . Se
limx a
f x L e
limx a
g x M com L M,
entao
� 0 : x X , 0 x a � f x g x .
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Corolario 1
Selimx a
f x ` com ` 0,
entao existe uma vizinhanca de a que nao contem a onde f epositiva, isto e
� 0 : x X , 0 x a � f x 0.
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Corolario 2
Se
f x g x para todo x X a e
limx a
f x L, limx a
g x M,
entaoL M.
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Teorema 7- (Propriedades dos limites)
Sejam X R, f , g : X R e a X tais que
limx a
f x `1 e limx a
g x `2 com `1, `2 R.
Entao:
a) limx a
f x g x `1 `2;
b) limx a
f x g x `1.`2;
c) Se `2 0, entao limx a
f x
g x
`1`2;
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Teorema 7- (Propriedades dos limites (continuacao))
d) limx a
p f x p `1 desde que a expressao tenha significado;
e) limx a
kf x k limx a
f x k`1 com k R;
f) Se limx a
f x 0 e existir A 0 tal que g x A para todo
x X a , entao
limx a
f x g x 0,
mesmo que limx a
g x .
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Teorema 8 (Criterio de Cauchy para funcoes)
Sejam X R, f : X R e a X . Entao existe limx a
f x se, e sose,
✏ 0, � 0 : x , y X , 0 x a �, 0 y a �
f x f y ✏
Observacao:Note-se que este criterio nao nos indica o valor de lim
x a
f x , mas
apenas a sua existencia.
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Teorema 9 - (Limite de uma funcao composta)
Sejam X ,Y R, f : X R, g : Y R com f X Y . Sejama X e b Y Y . Se
limx a
f x b e limy b
g y c ,
entao
limx a
g f x c , desde que c g b .
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Exercıcio 2
Recorrendo ao limite da funcao composta, calcule:
a) limx
⇡2
1 cos x 3 sec x
b) limx 64
x 83 x 4
c) limx 1
3x2 2 3 x 1
x 1 2
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Funcao crescente e funcao decrescente (revisao)
Seja f : X R com X R. Diz-se que:
f e crescente se
x , y X : x y f x f y
f e crescente em sentido lato se
x , y X : x y f x f y
f e decrescente se
x , y X : x y f x f y
f e decrescente em sentido lato se
x , y X : x y f x f y
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Limites no infinito, infinitos e infinitos no infinito - resumo
limites
No infinito
limx
f x `
limx
f x `
Infinitos
limx a
f x
limx a
f x
limites laterais
Infinitos no infinito
limx
f x
limx
f x
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Limites no infinito (quando x )
Definicao
Seja X R nao limitado superiormente. Dada a funcaof : X R, escreve-se
limx
f x `,
quando o numero real ` satisfaz a seguinte condicao:
✏ 0 M 0 : x X , x M f x ` ✏.
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Limites no infinito (quando x )
Definicao
Seja X R nao limitado inferiormente. Dada a funcao f : X R,escreve-se
limx
f x `,
quando o numero real ` satisfaz a seguinte condicao:
✏ 0 M 0 : x X , x M f x ` ✏.
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Exercıcio 3
Calcule os seguintes limites:
a) limx
1
x
b) limx
1
x
c) limx
sen x
d) limx
sen x
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Limites infinitos
Definicao
Sejam X R, f : X R a X . Diz-se que limx a
f x
quando, para todo A 0 dado, existe � 0 tal que0 x a �, x X , entao f x A. Isto e
limx a
f x
A 0, � 0 : x X , 0 x a � f x A.
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Limites infinitos
Definicao
Sejam X R, f : X R a X . Diz-se que limx a
f x
quando, para todo A 0 dado, existe � 0 tal que0 x a �, x X , entao f x A. Isto e
limx a
f x
A 0, � 0 : x X , 0 x a � f x A.
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Exercıcio 4
Calcule os seguintes limites:
a) limx 2
1
x 2 2
b) limx 5
1
x 5 2
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Limites laterais - definicao
limx a
f x
A 0, � 0 : x X , x a, a � f x A
limx a
f x
A 0, � 0 : x X , x a �, a f x A
limx a
f x
A 0, � 0 : x X , x a, a � f x A
limx a
f x
A 0, � 0 : x X , x a �, a f x A
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![Page 83: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/83.jpg)
Exercıcio 5
Calcule os seguintes limites:
a) limx a
1
x a
b) limx a
1
x a
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Limites infinitos no infinito
limx
f x
A 0, M 0 : x X , x M f x A
limx
f x
A 0, M 0 : x X , x M f x A
limx
f x
A 0, M 0 : x X , x M f x A
limx
f x
A 0, M 0 : x X , x M f x A
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![Page 85: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/85.jpg)
Exercıcio 6
Calcule os seguintes limites:
a) limx
ex
b) limx
xk k N
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Calculo de limites - regras praticas
Sejam P x e Q x dois polinomios na variavel x . Para calcular
limx
P x
Q x
divide-se ambos os termos de fracao por xn, onde n e o maior graudos polinomios P x e Q x .
Exercıcio 7 - Calcule
limx
2x 3 3x 5 4x 6
3x3 x 1
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Calculo de limites - regras praticas
Observacao:Este metodo pode tambem ser usado, em muitos casos, parafracoes que contem expressoes irracionais.
Exercıcio 8 - Calcule
limx
x3 x3 10
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Calculo de limites - regras praticas
Se P x e Q x sao polinomios na variavel x e P a 0 ouQ a 0, entao o limite
limx a
P x
Q x
e obtido diretamente.
Exercıcio 9 - Calcule
limx 1
x3 1
x2 1
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Calculo de limites - regras praticas
Se P x e Q x sao polinomios na variavel x e P a Q a 0,
entao simplifica-se, uma ou mais vezes, a fracao P x
Q x
pelo binomiox a.
Exercıcio 10 - Calcule os limites
a) limx 2
x2 4
x2 3x 2
b) limx 1
x4 1
x3 1
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Calculo de limites - regras praticas
As expressoes irracionais reduzem-se, em muitos casos, a formaracional atraves da introducao de uma nova variavel.
Exercıcio 11 - Calcule os limites
a) limx 0
1 x 13 1 x 1
b) limx 1
x 15 x 1
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Calculo de limites - regras praticas
Outro metodo, atraves do qual pode-se determinar o limite, apartir de uma expressao irracional, e o transporte da parteirracional do numerador para o denominador, ou do denominadorpara o numerador.
Exercıcio 12 - Calcule os limites
a) limx a
x a
x a, com a 0
b) limx 2
3 x 3 2
x 2
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Diferenca de potencias de expoente inteiro e positivo
Uma regra que permite uma resolucao rapida e eficaz de limites daclasse anterior e a diferenca de potencias de expoente inteiro epositivo:
Teorema
Com quaisquer a, b R e n N0, verifica-se a identidade:
an bn a bn 1
k 0
an 1 kbk
Ou equivalentemente,
a ban bn
an 1 an 2b an 3b2 bn 1
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Calculo de limites - regras praticas
Em muitos casos, ao calcularmos limites, utilizamos as regras:
limx 0
sen x
x1 e lim
x 0
tg x
x1
Exercıcio 13 - Calcule os limites
a) limx 0
sen 5x
x
b) limx 0
tg 3x
x
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Calculo de limites - regras praticas
Ao calcularmos os limites do tipo
limx a
' x x
onde ' x e positiva numa vizinhanca de a, temos de considerar osseguintes casos:
Se existem os limites finitos
limx a
' x A e limx a
x B
entaolimx a
' x x AB
Exercıcio 14 - Calcule limx 0
sen 2x
x
1 x
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Calculo de limites - regras praticas
Se
limx a
' x A 1 e
limx a
x B , onde 0 A e B ,
entao o calculo do limite e feito directamente.
Exercıcio 15 - Calcule limx
x 1
2x 1
x
2
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Calculo de limites - regras praticas
Se limx a
' x 1 e limx a
x , entao pressupoe-se que
' x 1 ↵ x , onde ↵ x 0 quando x a, econsequentemente
limx a
' x x elimx a
' x 1 x
onde e e o numero de Neper.
Exercıcio 16 - Calcule os seguintes limites
a) limx
x 1
x 1
x
b) limx 0
1 sen x1x
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Calculo de limites - regras praticas
Em casos que envolvam a funcao exponencial, podemosrecorrer a regra:
limx 0
ex 1
x1
Exercıcio 17 - Calcule os seguintes limites:
a) limx 0
e6x 1
x
b) limx 0
ex2
1
sen 2x
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Calculo de limites - regras praticas
Em casos que envolvam a funcao logarıtmica, podemosrecorrer a regra:
limx 0
ln 1 x
x1
Exercıcio 18 - Calcule:
a) limx 0
ln 1 x3
tg 3x
b) limx 0
log4 1 x
x
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Calculo de limites - regras praticas
Para o calculo dos limites da classe dos que se seguem, e utilrecorrer ao
limx a
log f x log limx a
f x
(sempre que haja significado!)
Exercıcio 19
Calcule limx
log 2x 1 log x 2
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Bibliografia
Elon Lages Lima, curso de analise vol. 1, Projecto Euclides(6a edicao), 1989.
B. Demidovitch, Problemas e Exercıcios de AnaliseMatematica, Editora Mir (5a edicao), 1986.
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Continuidade de f.r.v.r.
Maria do Carmo Martins
outubro de 2013
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Introducao
Vamos agora explorar o conceito de continuidade, um dos mais
importantes e tambem das mais fascinantes ideias de toda a
Matematica.
Veremos que a definicao matematica de continuidade corresponde
estritamente ao significado da palavra continuidade na linguagem
do dia-a-dia (o processo contınuo e aquele que ocorre
gradualmente, sem interrupcoes ou mudancas abruptas).
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Funcao contınua num ponto
Sejam f : X R, a X e a X . Diz-se que f e contınua no
ponto a se, e so se,
lim
x a
f x f a
(qualquer que seja o numero positivo ✏ existir � 0, tal que,
sempre que x seja um ponto de X e verifique a condicao
x a �, se tenha f x f a ✏).
Assim,
lim
x a
f x f a
✏ 0, � 0, x X : x a � f x f a ✏
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Observacao 1
Note que a definicao de funcao contınua num ponto requer que:
1 f a esteja definida (isto e, a pertence no domınio de f );
2lim
x a
f x exista;
3lim
x a
f x f a .
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Funcao contınua - ilustracao
Se f for contınua, entao, sobre o grafico de f , os pontos x , f xtendem ao ponto a, f a sobre o grafico.
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Observacao 2
1So faz sentido falar em continuidade de uma funcao num
ponto x a, quando a Df
, pois so assim existira f a .
2 f e contınua em X se, e so se, f e contınua em todos os
pontos de X .
3Se a e ponto isolado de X , entao toda a funcao f : X R, econtınua no ponto a. Em particular, se todos os pontos de Xsao isolados entao qualquer funcao f : X R e contınua.
4Ao investigar a continuidade de uma funcao f num ponto ou
num conjunto, e fundamental ter sempre em conta o domınio
de f .
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Continuidade - Exemplos
1 f : Z R e contınua em Z, pois todo o ponto de Z e ponto
isolado.
2 f : N R e contınua em N.
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Exercıcio 1
a) Mostre que f x 2x 1 e uma funcao contınua em R.
b) Sejam m e b dois numeros reais e f a funcao definida em R por
f x mx b. Prove que f e contınua em qualquer ponto a R.
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Continuidade lateral
Sejam X R, f : X R, x0 X e x0 X . Diz-se que:
1 f e contınua a esquerda de x0 se, e so se,
lim
x x0
f x f x0 .
2 f e contınua a direita de x0 se, e so se,
lim
x x0
f x f x0 .
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Observacao 3
1 f e contınua em x0 se, e so se, f e contınua a esquerda e a
direita de x0.
2 f e contınua em a, b se, e so se,
f e contınua em todos os pontos de a, b ;
lim
x a
f x f a ;
lim
x b
f x f b .
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Descontinuidade num ponto e num conjunto
Sejam X R, f : X R, x0 X e x0 X . Diz-se que:
1 f e descontınua em x0 se, e so se, f nao e contınua em x0.
2 f e descontınua em X se, e so se, existir x1 X , tal que f e
descontınua em x1.
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Exercıcio 2
Estude a continuidade da funcao f no ponto x 3, sendo
f : 0, 5 R tal que
f x
2xx 1 , x 0, 3
2, x 3
x
2
x 1 , x 3, 5
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Teorema 1
Toda a restricao de uma funcao contınua e uma funcao contınua.
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Teorema 2
Se f : X R e contınua em a, entao f e limitada numa
vizinhanca de a, isto e existe � 0 tal que o conjunto
f X a �, a � e limitado.
(f e contınua em a f e limitada numa vizinhanca de a)
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Teorema 3
Seja f uma funcao real de variavel real. Se f e contınua em a e se
f a 0, entao existe � 0 tal que f x tem o sinal de f a .
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Teorema 4
Seja f uma funcao real de variavel real. Se f e contınua em a,entao f e contınua em a.
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Teorema 5
Se f , g : X R sao funcoes contınuas no ponto a X , entao:
1 f g e contınua em a.
2 k f e contınua em a.
3 f g e contınua em a.
4Se g a 0,
f
g
e contınua em a, com g x 0, x X .
5p f e contınua em a desde que f x 0, x X quando p e
par.
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Corolario 1
A funcao constante f x c , com c R, e contınua em R.
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Corolario 2
Se f1, f2, , fn
(n numero finito) sao funcoes contınuas em a,entao
1 f1 f2 fn
e contınua em a.
2 f1 f2 fn
e contınua em a.
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Corolario 3
Se f e contınua em a, entao f n e contınua em a, com n N.
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Corolario 4
Todo o polinomio p x cn
xn cn 1x
n 1 c1x c0, comc0, c1, , c
n 1, cn R e n N, e uma funcao contınua em R.
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![Page 122: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/122.jpg)
Corolario 5
Toda a funcao racional e contınua no seu domınio.
Definicao
Uma funcao racional e uma funcao da forma
f xP x
Q x
onde P e Q sao polinomios. O domınio de f e
D x R : Q x 0
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Exercıcio 3
Seja f a funcao definida por
x 1, x 5
16 2x6 x
, x 5 x 6
Estude a continuidade de f no seu domınio.
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![Page 124: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/124.jpg)
Teorema 6
Sejam
f , g : X R funcoes contınuas no ponto a X
e f a g a ,
entao
existe � 0 tal que f x g x para todo x X com
x a �.
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![Page 125: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/125.jpg)
Corolario
Sejam f : X R contınua no ponto a X e k R uma
constante.
1Se f a k , entao existe � 0 tal que f x k para todo
x X com x a �.
2Se f a k , entao existe � 0 tal que f x k para todo
x X com x a �.
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![Page 126: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/126.jpg)
Teoremas 7 - Continuidade da funcao composta
Se a funcao f e contınua em a e g e contınua no ponto
correspondente b f a , entao a funcao g f e contınua em a.
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![Page 127: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/127.jpg)
Exercıcio 4
Qual o conjunto onde a funcao f definida por
f x sen x2 1
e contınua?
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![Page 128: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/128.jpg)
Classificacao de descontinuidades
Descontinuidade de primeira especie: existem os limites
laterais, mas nao se verifica
lim
x x0
f x lim
x x0
f x f x0 .
Se lim
x x0
f x lim
x x0
f x f x0 , diz-se que x0 e ponto de
descontinuidade evitavel ou removıvel.
Descontinuidade de segunda especie: quando lim
x x0
f x
ou lim
x x0
f x ou ambos nao existem ou sao infinitos.
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![Page 129: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/129.jpg)
Exercıcio 5
Considere a funcao real de variavel real definida por
e1x , x 2 x 0
0, x 2
Conclua que x 2 e ponto de descontinuidade de primeira
especie.
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Exercıcio 6
Considere a funcao definida por
f x
11 e
1 x
, x 0
0, x 0
Qual e o tipo de descontinuidade existente no ponto x 0?
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![Page 131: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/131.jpg)
Exercıcio 7
Estude a continuidade da funcao real de variavel real e classifique
as descontinuidades se existirem, sendo
f x
1, x 0
sen 1x
, x 0
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![Page 132: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/132.jpg)
Prolongamento por continuidade
Convem recordar que, sendo f e g duas funcoes com domınios Df
e Dg
, respetivamente, diz-se que g e um prolongamento de f (ou
que f e uma restricao de g) se, e so se, Df
Dg
e, para todo o
x Df
, verifica-se a igualdade f x g x .
Nestes termos, convencionaremos dizer que f e prolongavel por
continuidade ao ponto a se, e so se, existir um prolongamento Fde f , com domınio D
f
a e que seja contınuo no ponto a;convencionaremos ainda (se se verificar a existencia) chamar a
funcao F prolongamento por continuidade de f ao ponto a.
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Funcao prolongavel por continuidade
Definicao
Diz-se que f e prolongavel por continuidade ao ponto x0 se e sose x0 nao pertencer ao domınio de f , mas existir o limite de f xno ponto x0, (supondo que x0 e ponto de acumulacao do domınio).
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Exercıcio 8
Dada a funcao real de variavel real definida por
f xx2 x
sen⇡x
indique o domınio de f e, se possıvel, um prolongamento contınuo
de f a A Df
0, 1 .
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![Page 135: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/135.jpg)
Funcoes contınuas em intervalos
As funcoes que sao contınuas em conjuntos com determinadas
caracterısticas (designadamente: em intervalos, por um lado, em
conjuntos limitados e fechados, por outro) tem propriedades
especiais de grande interesse.
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Teorema 8
Seja f uma funcao contınua no intervalo fechado a, b . Entao f e
limitada em a, b , isto e existe um numero C 0 tal que
f x C para todo o x pertencente a a, b .
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Exercıcio 9
Seja a funcao f definida em 0, ⇡2 tal que f x sen x . Prove que
f e limitada.
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Exercıcio 10
Considere a funcao f x x definida em 0, . Sera f limitada?
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Exercıcio 11
Consideremos a funcao f definida em 0, 1 , tal que
1x
, x 0, 1
0, x 0
Sera f limitada?
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Teorema 9 - Teorema de Weierstrass*
Toda a funcao contınua num intervalo fechado e nao vazio tem
nesse intervalo maximo e mınimo, isto e:
f : a, b Rf contınua
f admite maximo e mınimo
* Karl Weierstrass (1815-1897), alemao, durante muitos anos foi
professor em Berlim. Foi dos matematicos que mais influencia
exerceu no desenvolvimento e fundamentacao da Analise.
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![Page 141: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/141.jpg)
Exercıcio 12
Seja f x cos x definida em 0, ⇡2 . Determine o maximo e o
mınimo da funcao.
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Breve introducao ao teorema de Bolzano
Designado tambem por Teorema dos Valores Intermedios, e um
teorema com grande importancia na determinacao de valores
especıficos, nomeadamente zeros, de certas funcoes reais de
variavel real. Este teorema foi enunciado pela primeira vez em
1817, por Bernard Bolzano (1781-1848), um sacerdote catolico,
matematico e filosofo, nascido em Praga.
´
E-lhe tambem por vezes
assocido um coautor de nome Augustin Louis Cauchy (1789-1857),
matematico e fısico frances, discıpulo de matematicos conterraneos
como Pierre Simon Laplace e Joseph Louis de Lagrange.
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![Page 143: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/143.jpg)
Teorema 10 - Teorema de Bolzano-Cauchy ou dos valoresintermedios
Se f e uma funcao contınua num intervalo fechado a, b e k e um
numero real compreendido entre f a e f b , entao existe pelo
menos um valor real c , pertencente ao intervalo aberto a, b tal
que f c k .
A ideia fundamental deste teorema exprime-se por vezes da
seguinte forma:
“Uma funcao contınua num intervalo nao passa de umvalor a outro sem passar por todos os valoresintermedios.”
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Visualizacao do Teorema de Bolzano-Cauchy
f e contınua em a, b
f a k f b
c a, b : f c k
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Exercıcio 13
Considere a funcao f definida em R por f x x2 2x . Qual ovalor logico da proposicao:
c 0, 6 : f c 15?
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Exercıcio 14
Considere a funcao f : 0, 3 R tal que
f x
1, x 0, 2
1, x 2, 3
Poder-se-a aplicar o teorema de Bolzano-Cauchy a f ?
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![Page 147: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/147.jpg)
Exercıcio 15
Considere a funcao
f x
1, 0 x 1
4, 5 x 6
Poder-se-a aplicar o teorema de Bolzano-Cauchy?
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![Page 148: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/148.jpg)
Corolario
Seja f uma funcao real de variavel real definida e contınua no
intervalo fechado a, b . Se f a e f b tem sinais contrarios, entao
existe pelo menos um ponto c a, b em que a funcao se anula.
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Visualizacoes do Corolario
f e contınua em a, b
f a f b 0
c a, b : f c 0
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Exercıcio 16
Mostre que p x 2x3 5x2 6 possui, pelo menos, uma raiz
real e indique se e positiva ou negativa.
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Bibliografia
Maria Augusta F. Neves, Maria Teresa C. Vieira e Alfredo G.
Alves, livro de texto 12o matematica, Porto Editora.
Tom M. Apostol, Calculo, vol. 1, Editora reverte , ltda, 1985.
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Elon Lages Lima, curso de analise, vol1. Projeto Euclides,
1987.
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Func˜oes Hiperb´olicas
Maria do Carmo Martins
outubro 2013
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Introducao
Certas combinacoes de e
x e e
�x aparecem frequentemente naMatematica Aplicada e na Engenharia e, por isso, merecem nomesespeciais. Elas sao analogas de muitas formas as funcoestrigonometricas e possuem a mesma relacao com a hiperbole queas funcoes trigonometricas tem com o cırculo.
Por essa razao sao chamadas funcoes hiperbolicas.
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Seno hiperbolico
Definicao
Chama-se Seno hiperbolico a funcao definida em R pela formula
senh x =e
x � e
�x
2.
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Seno hiperbolico - continuacao
Notemos que:
A funcao senh x e contınuano seu domınio;
o seu contradomınio e R.
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Cosseno hiperbolico
Definicao
Chama-se Cosseno hiperbolico a funcao definida em R pela
formula
cosh x =e
x + e
�x
2.
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Cosseno hiperbolico - continuacao
Notemos que:
A funcao cosh x e contınuano seu domınio;
limx!±1
cosh x = +1
o seu contradomınio e[1,+1[.
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Tangente hiperbolica
Definicao
Chama-se tangente hiperbolica a funcao definida em R pela
formula
tgh x =senh x
cosh x=
e
x � e
�x
e
x + e
�x
.
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Tangente hiperbolica - continuacao
Notemos que:
A funcao tgh x e contınuano seu domınio;
limx!+1
tgh x = 1;
limx!�1
tgh x = �1;
o seu contradomınio e]� 1, 1[.
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Cotangente hiperbolica
Definicao
: Chama-se cotangente hiperbolica a funcao definida em R \ {0}pela formula
cotgh x =cosh x
senh x
=e
x + e
�x
e
x � e
�x
.
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Cotangente hiperbolica - continuacao
Notemos que:
A funcao cotgh x econtınua no seu domınio;
limx!0+
cotgh x = +1;
limx!0�
cotgh x = �1;
limx!+1
tgh x = 1;
limx!�1
tgh x = �1;
o seu contradomınio eR \ [�1, 1].
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Secante hiperbolica
Definicao
: Chama-se secante hiperbolica a funcao definida em R pela
formula
sech x =1
cosh x=
2
e
x + e
�x
.
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Secante hiperbolica - continuacao
Notemos que:
A funcao sech x e contınuano seu domınio;
limx!+1
sech x = 0;
limx!�1
sech x = 0;
o seu contradomınio e]0, 1].
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Cossecante hiperbolica
Definicao
Chama-se cossecante hiperbolica a funcao definida em R \ {0}pela formula
cosech x =1
senh x
=2
e
x � e
�x
.
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Cossecante hiperbolica - continuacao
Notemos que:
A funcao cosech x econtınua no seu domınio;
limx!0+
cosech x = +1;
limx!0�
cosech x = �1;
limx!+1
cosech x = 0;
limx!�1
cosech x = 0;
o seu contradomınio eR \ {0}.
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Aplicacoes
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Exercıcio 1 - Identidades hiperbolicas
Moste que:
1) cosh2 x � senh
2x = 1
2) 1� tgh
2x = sech
2x
3) cotgh 2x � 1 = cosech
2x
4) cosh x + senh x = e
x
5) cosh x � senh x = e
�x
6) cosh(�x) = cosh x
7) senh (�x) = �senh x
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Exercıcio 1 - Identidades hiperbolicas (continuacao)
8) cosh(a+ b) = cosh a · cosh b + senh a · senh b
9) cosh(a� b) = cosh a · cosh b � senh a · senh b
10) senh (a+ b) = senh a · cosh b + senh b · cosh a
11) senh (a� b) = senh a · cosh b � senh b · cosh a
12) tgh (a+ b) = tgh a+ tgh b
1+tgh a·tgh b
13) tgh (a� b) = tgh a� tgh b
1�tgh a·tgh b
14) senh (2x) = 2 senh x · cosh x
15) cosh(2x) = cosh2 x + senh
2x
16) cosh(2x) = 2 cosh2 x � 1
17) cosh(2x) = 1 + 2 senh
2x
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Exercıcio 1 - Identidades hiperbolicas (conclusao)
18) tgh (2x) = 2 tgh x
1+tgh 2x
19) senh x =2 tgh ( x
2 )1�tgh 2( x
2 )
20) cosh x =1+tgh 2( x
2 )1�tgh 2( x
2 )
21) 2 senh a · cosh b = senh (a+ b) + senh (a� b)
22) 2 cosh a · senh b = senh (a+ b)� senh (a� b)
23) 2 cosh a · cosh b = cosh(a+ b) + cosh(a� b)
24) 2 senh a · senh b = cosh(a+ b)� cosh(a� b)
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Funcoes inversas das funcoes hiperbolicas
Sendo as funcoes seno hiperbolico e tangente hiperbolica injetivas,elas admitem funcao inversa. Quando uma funcao nao e injetivaha que restringir o domınio para poder definir a respetiva funcaoinversa. Este procedimento faz-se relativamente as funcoes cossenohiperbolico e secante hiperbolica.
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Arco seno hiperbolico
Definicao
Arco seno hiperbolico
y = arcsenh x , x = senh y
ou
y = senh
�1x , x = senh y
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Arco seno hiperbolico - continuacao
D = R
Contradomınio: R
Relacoes basicas:
1arcsenh (senh x) = x
2senh (arcsenh x) = x
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Arco cosseno hiperbolico
Definicao
Arco cosseno hiperbolico
y = arccosh x , x = cosh you
y = cosh�1x , x = cosh y
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Arco cosseno hiperbolico - continuacao
D = [1,+1[
Contradomınio: [0,+1[
Relacoes basicas:
1arccosh (cosh x) = x sex � 0
2 cosh(arccosh x) = x sex � 1
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Arco tangente hiperbolico
Definicao
- Arco tangente hiperbolico
y = arctgh x , x = tgh y
ou
y = tgh
�1x , x = tgh y
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Arco tangente hiperbolico - continuacao
D =]� 1, 1[
Contradomınio: R
Relacoes basicas:
1arctgh (tgh x) = x
2tgh (arctgh x) = x se�1 < x < 1
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Arco cotangente hiperbolico
Definicao
Arco cotangente hiperbolico
y = arccotgh x , x = cotgh y
ou
y = cotgh
�1x , x = cotgh y
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Arco cotangente hiperbolico - continuacao
D =]�1,�1[[]1,+1[
Contradomınio:]�1, 0[[]0,+1[
Relacoes basicas:
1arccotgh (cotgh x) = x
se x < 0 ou x > 0
2cotgh (arccotgh x) = x
se x < �1 ou x > 1
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Arco secante hiperbolico
Definicao
- Arco secante hiperbolico
y = arcsech x , x = sech y
ou
y = sech
�1x , x = sech y
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Arco secante hiperbolico - continuacao
D =]0, 1]
Contradomınio: [0,+1[
Relacoes basicas:
1arcsech (sech x) = x sex � 0
2sech (arcsech x) = x se0 < x 1
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Arco cossecante hiperbolico
Definicao
Arco cossecante hiperbolico
y = arccosech x , x = cosech y
ou
y = cosech
�1x , x = cosech y
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Arco cossecante hiperbolico
D =]�1, 0[[]0,+1[
Contradomınio:]�1, 0[[]0,+1[
Relacoes basicas:
1arccosech (cosech x) = x
se x < 0 ou x > 02
cosech (arccosech x) = x
se se x < 0 ou x > 0
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Exercıcio 2
Como as funcoes hiperbolicas sao expressas em termos de e
x , eexpectavel que as funcoes hiperbolicas inversas sejam expressas emtermos de logaritmos naturais (ln). Assim sendo, mostre que:
1senh
�1x = ln
⇣x +
px
2 + 1⌘
2 cosh�1x = ln
⇣x +
px
2 � 1⌘
3tgh
�1x = 1
2 ln⇣1+x
1�x
⌘
4cotgh
�1x = 1
2 ln⇣x+1x�1
⌘
5sech
�1x = ln
⇣1+
p1�x
2
x
⌘
6cosech
�1x = ln
⇣1+
p1+x
2
|x |
⌘
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Referencias:
Howard Anton, Calculo um novo horizonte, Vol.1 , 6a Edicao,Bookman.
James Stewart, Calculo, Vol.1, 5a Edicao, Thomson, 2008.
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C´alculo Diferencial
Maria do Carmo Martins
outubro de 2013
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Introducao
Muitos fenomenos fısicos envolvem grandezas que variam - avelocidade de um foguete, a inflacao da moeda, o numero debacterias numa cultura, a intensidade dos tremores de umterramoto, a voltagem de um sinal eletrico e assim por diante.Neste capıtulo, vamos desenvolver o conceito de derivada, que e aferramenta matematica usada para estudar taxas nas quais variamas grandezas fısicas. Veremos que existe uma estreita relacao entreas taxas de variacao e retas tangentes a graficos.
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Razao incremental
Seja y f x uma funcao real de variavel real. Chama-se razao
incremental da funcao f entre x0
e x1
x0
h ao quociente (ourazao):
f x1
f x0
x1
x0
.
Mas,
f x1
f x0
h e
x1
x0
h h x1
x0
e assim,
f x1
f x0
x1
x0
f x0
h f x0
h
�y
�x
onde
�x e o acrescimo dado a variavel independente x (ou incremento)
�y acrescimo correspondente da funcao.3 / 133
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Interpretacao geometrica da razao incremental
A razao incrementalf x
1
f x0
x1
x0
.
representa o declive da reta secante PQ.
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Derivada de uma funcao num ponto
Chama-se derivada da funcao y f x no ponto x0
x0
Df
,ao limite da razao incremental da funcao f entre x
0
e x quandox x
0
, isto e,
limx x
0
f x f x0
x x0
limh 0
f x0
h f x0
h.
Representa-se por
f x0
; y x0
; Df x
0
;df
dxx x
0
oudy
dxx x
0
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Derivada de uma funcao num ponto - continuacao
Portanto:
f x0
limx x
0
f x f x0
x x0
limh 0
f x0
h f x0
h
lim�x 0
f x0
�x f x0
�x
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![Page 191: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/191.jpg)
Interpretacao geometrica de derivada de uma funcao numponto
Conforme sugere a figura, o ponto Q move-se ao longo da curvaem direcao a P se e somente se x
1
tende para x0
. Assim, f x0
representa o declive da reta tangente ao grafico de f no pontox0
, f x0
.
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Taxas de variacao media e instantanea
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Observacao 1
Pode nao existir a derivada de uma funcao num ponto;
A derivada de uma funcao num ponto pode ser finita ouinfinita;
Uma funcao f diz-se diferenciavel ou derivavel num ponto
x0
se tem derivada finita nesse ponto.
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Derivadas laterais
Diz-se que:
f e derivavel a direita de x0
se existe o
limx x
0
f x f x0
x x0
limh 0
f x0
h f x0
h
a que se chama derivada a direita de x0
e se representa por
f x0
; f x0
; fd
x0
;df
dxx x
0
;dy
dxx x
0
; Df x
0
.
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Derivadas laterais
Diz-se que
f e derivavel a esquerda de x0
se existe o
limx x
0
f x f x0
x x0
limh 0
f x0
h f x0
h
a que se chama derivada a esquerda de x0
e se representapor
f x0
; f x0
; fe
x0
;df
dxx x
0
;dy
dxx x
0
; Df x
0
.
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![Page 196: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/196.jpg)
Observacao 2
Uma funcao f e derivavel num ponto x0
se, e so se, existirem eforem iguais f x
0
e f x0
. Nesse caso,
f x0
f x0
f x0
.
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Funcao diferenciavel num intervalo
Uma funcao diz-se diferenciavel num intervalo a, b quandoadmite derivada finita em todos os pontos do intervalo.
Uma funcao diz-se diferenciavel num intervalo a, b quando
1 e diferenciavel em a, b2 diferenciavel a direita de a e3 diferenciavel a esquerda de b.
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Funcao Derivada
Seja y f x uma funcao real de variavel real e seja A o conjuntodos pontos onde f e diferenciavel. Chama-se funcao derivada ousimplesmente derivada de f a funcao que a cada x A associa aderivada nesse ponto f x .
x A f x limh 0
f x h f x
h
Notacao:
f x ; y x ;df
dx;
dy
dx; D
f
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Exercıcio 1
Considere a funcao real de variavel real f x x2 1. Calcule:
a) f x
b) f 3
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Exercıcio 2
Mostre que nao existe a derivada da funcao f x x no pontox 0.
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Exercıcio 3
Calcule a derivada da funcao g x3
x2 no ponto x 0.
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Equacao da reta tangente ao grafico de uma funcao numponto
Seja f uma funcao que admite derivada no ponto x0
e sejam f x
0
. Entao, a equacao da tangente ao grafico de f noponto x
0
, f x0
define-se por:
y f x0
f x0
x x0
, se f x0
for finito;
x x0
, se f x0
for infinito.
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![Page 203: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/203.jpg)
Equacao da reta normal ao grafico de uma funcao
Sabemos que duas retas sao perpendiculares se o declive de umafor igual ao simetrico do inverso da outra. Assim, a equacao dareta normal ao grafico de f no ponto x
0
define-se por:
y f x0
1
f x0
x x0
, se f x0
0
x x0
, se f x0
0.
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![Page 204: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/204.jpg)
Exercıcio 4
Escreva as equacoes da reta tangente e da reta normal a curvay x3 no ponto 1, 1 .
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![Page 205: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/205.jpg)
Exercıcio 5
Escreva uma equacao da reta tangente a curva y 2
x 3
no pontode abcissa 1.
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![Page 206: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/206.jpg)
Exercıcio 6
Determine as coordenadas dos pontos da curva y x3 6x , emque a tangente nesses pontos e uma reta horizontal.
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Derivabilidade e continuidade
Teorema
Toda a funcao diferenciavel num ponto e contınua nesse ponto.
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Observacao 3
O recıproco do teorema anterior nem sempre e valido, isto e,
f contınua em x0
f diferenciavel em x0
.
Exemplos:
1 A funcao real de variavel real f definida por
f xx sen
1
x
, x 0
0, x 0
e contınua em x 0, mas nao e diferenciavel nesse ponto.
2 De um outro exemplo de uma funcao contınua num ponto,mas que nao seja diferenciavel nesse ponto.
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![Page 209: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/209.jpg)
Regras de derivacao
Se f x c , com c R, entao
f x 0, x R
Exemplos:
1 Sendo f x 2, entao f x 0.
2 Se g x 1
3
, entao g x 0.
3 Se f x 2349000, entao f x 0.
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![Page 210: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/210.jpg)
Derivada da soma algebrica e do produto
Teorema
Sejam f e g duas funcoes reais de variavel real diferenciaveis emx0
. Entao, a soma f g , a diferenca f g e o produto f g saotambem diferenciaveis em x
0
e tendo-se:
1 f g x0
f x0
g x0
2 f g x0
f x0
g x0
3 f g x0
f x0
g x0
f x0
g x0
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![Page 211: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/211.jpg)
Corolario 1
Se f1
, f2
, , fn
sao um numero finito de funcoes diferenciaveis emx0
, entao1 f
1
f2
fn
e diferenciavel em x0
2 f1
f2
fn
e diferenciavel em x0
Tendo-se1
f1
f2
fn
x0
f1
x0
f2
x0
fn
x0
2
f1
f2
fn
x0
f1
x0
f2
x0
fn
x0
f1
x0
f2
x0
fn
x0
f1
x0
f2
x0
fn
x0
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![Page 212: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/212.jpg)
Corolarios
Corolario 2
Se f e uma funcao real de variavel real diferenciavel em x0
, entaof n e tambem diferenciavel em x
0
, tendo-se
f n x0
n f n 1 x0
f x0
Corolario 3
Seja f uma funcao real de variavel real diferenciavel em x0
e c umaconstante. Entao, a funcao c f e tambem diferenciavel em x
0
,tendo-se
c f x0
c f x0
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![Page 213: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/213.jpg)
Teorema
Seja g uma funcao real de variavel real. Se g e diferenciavel em x0
e g x0
0, entao 1
g
e tambem diferenciavel em x0
, tendo-se
1
gx0
g x0
g2 x0
.
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![Page 214: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/214.jpg)
Corolario: derivada do Quociente
Sejam f e g duas funcoes reais de variavel real. Se f e g saodiferenciaveis em x
0
e se g x0
0, entao f
g
tambem ediferenciavel em x
0
, tendo-se
f
gx0
f x0
g x0
g x0
f x0
g2 x0
.
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![Page 215: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/215.jpg)
Derivada da funcao composta
Sejam f : A R e g : f A R, tais que f e diferenciavel em x0
e g e diferenciavel em f x0
. Entao, g f e diferenciavel em x0
,tendo-se
g f x0
g f x0
f x0
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![Page 216: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/216.jpg)
Derivada da funcao inversa
Sendo f uma bijecao definida e diferenciavel em x0
a, b , abijecao inversa f 1 e diferenciavel em y
0
e
f 1
y
0
1
f x
0
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![Page 217: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/217.jpg)
Derivada de uma funcao definida sob a forma parametrica
CircunferenciaA equacao cartesiana da circunferencia de centro na origem eraio r e
x2 y2 r2
Na forma parametrica, tem-se
x r cos ✓y r sen ✓
, ✓ 0, 2⇡
Elipsex2
a2y2
b21
ou na forma parametrica
x a cos ✓y b sen ✓
, ✓ 0, 2⇡
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![Page 218: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/218.jpg)
Derivada de uma funcao definida sob a forma parametrica
Caso geralSeja f uma funcao real de variavel real definida pelasequacoes parametricas
x f1
ty f
2
t, t t
1
, t2
.
Suponhamos que f1
t admite inversa e que f1
e f2
saodiferenciaveis em t
1
, t2
.Assim,
x f1
t t f 1
1
x
ey f
2
t f2
f 1
1
x .
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![Page 219: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/219.jpg)
Derivada de uma funcao definida sob a forma parametrica- conclusao
Ora,
ydy
dx
dy
dt
dt
dx.
Donde,
ydy
dxf2
t1dx
dy
f2
t1
f1
t.
Portanto,
dy
dx
dy
dt
dx
dt
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![Page 220: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/220.jpg)
Exercıcio 7
Considere a funcao definida sob a forma parametrica
x a cos ty a sen t
, 0 t ⇡.
Calculedy
dx.
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![Page 221: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/221.jpg)
Derivada da funcao implıcita
Problema
Sem explicitar y , calcule a derivada de x2 y2 1 0.
Nao precisamos resolver uma equacao para y em termos de x paraencontrar a derivada de y . Em vez disso, podemos usar o metododa diferenciacao implıcita, que consiste em derivar ambos osmembros da equacao em relacao a x e entao resolver a equacaoresultante para y .
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![Page 222: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/222.jpg)
Exercıcio 8
Aplicando a derivada da funcao implıcita, calcule as seguintesderivadas:
a) y6 4xy x3 0
b) sen x sen y 1
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![Page 223: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/223.jpg)
Derivada da funcao logaritmo
Se y loga
x com a 0 a 1, entao y1
x ln a.
Generalizacao:
loga
f xf x
f x ln a
Caso particular: quando a e
Se y ln x , entao y 1
x
Generalizacao:
ln f x f x
f x
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![Page 224: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/224.jpg)
Derivada da potencia
Se y x↵ com ↵ R, entao
y ↵ x↵ 1.
Generalizacao:
u x ↵ ↵ u↵ 1 x u x
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![Page 225: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/225.jpg)
Derivada da funcao exponencial
Se y ax com a 0 e a 1, entao y ax ln a.
Generalizacao:
au x au x u x ln a
Caso particular: quando a e
Se y ex , entao y ex
Generalizacao:
eu x eu x u x
41 / 133
![Page 226: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/226.jpg)
Derivada da funcao exponencial - potencia
Se y u x v x u x 0, entao
y v x uv x 1 x u x
regra da potencia
uv x x ln u x v x
regra da exponencial
.
42 / 133
![Page 227: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/227.jpg)
Derivadas das funcoes seno e cosseno
Se y sen x , entao y cos x
Generalizacao:
sen f x cos f x f x
Se y cos x , entao y sen x
Generalizacao:
cos f x sen f x f x .
43 / 133
![Page 228: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/228.jpg)
Derivadas das funcoes tangente e cotangente
Se y tg x , entao y sec2 x
Generalizacao:
tg f x sec2 f x f x .
Se y cotg x , entao y cosec
2x
Generalizacao:
cotg f x cosec
2 f x f x .
44 / 133
![Page 229: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/229.jpg)
Derivadas das funcoes secante e cossecante
Se y sec x , entao y sec x tg x
Generalizacao:
sec f x sec f x tg f x f x .
Se y cosec x , entao y cosec x cotg x
Generalizacao:
cosec f x cosec f x cotg f x f x .
45 / 133
![Page 230: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/230.jpg)
Derivadas das funcoes seno hiperbolico e cossenohiperbolico
Se y senh x , entao y cosh x
Generalizacao:
senh f x cosh f x f x
Se y cosh x , entao y senh x
Generalizacao:
cosh f x senh f x f x .
46 / 133
![Page 231: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/231.jpg)
Derivadas das funcoes tangente hiperbolica e cotangentehiperbolica
Se y tgh x , entao y sech
2x
Generalizacao:
tgh f x sech
2 f x f x .
Se y cotgh x , entao y cosech
2x
Generalizacao:
cotgh f x cosech
2 f x f x .
47 / 133
![Page 232: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/232.jpg)
Derivadas das funcoes secante hiperbolica e cossecantehiperbolica
Se y sech x , entao y sech x tgh x
Generalizacao:
sech f x sech f x tgh f x f x .
Se y cosech x , entao y cosech x cotgh x
Generalizacao:
cosech f x cosech f x cotgh f x f x .
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![Page 233: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/233.jpg)
Derivadas das inversas das funcoes circulares
Se y arcsen x , entao y 1
1 x
2
Generalizacao:
arcsen f x f x
1 f x
2
Se y arccos x , entao y 1
1 x
2
Generalizacao:
arccos f x f x
1 f x
2
.
49 / 133
![Page 234: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/234.jpg)
Derivadas das inversas das funcoes circulares
Se y arctg x , entao y 1
1 x
2
Generalizacao:
arctg f x f x
1 f x
2
.
Se y arccotg x , entao y 1
1 x
2
Generalizacao:
arccotg f x f x
1 f x
2
.
50 / 133
![Page 235: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/235.jpg)
Derivadas das inversas das funcoes hiperbolicas
Se y arcsenh x , entao y 1
1 x
2
Generalizacao:
arcsenh f x f x
1 f x
2
Se y arccosh x , entao y 1
x
2
1
Generalizacao:
arccosh f x f x
f x
2
1
.
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![Page 236: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/236.jpg)
Derivadas das inversas das funcoes hiperbolicas
Se y arctgh x , entao y 1
1 x
2
Generalizacao:
arctgh f x f x
1 f x
2
.
Se y arccotgh x , entao y 1
1 x
2
Generalizacao:
arccotgh f x f x
1 f x
2
.
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![Page 237: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/237.jpg)
Derivada de ordem n
Seja f uma funcao diferenciavel num intervalo.
f x primeira derivada
f x f x segunda derivada ou derivada de segunda ordem
f x f x terceira derivada ou derivada de terceira ordem
f x f 4 x quarta derivada ou derivada de quarta ordem
......
f n 1 x f n x derivada de ordem n
Notacao:
f n x ; y n ;d
ny
dxn; Dny ; Dnf
Por definicao:
f n x limh 0
f n 1 x h f n 1 x
h
d
nf
dxn
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![Page 238: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/238.jpg)
Exercıcio 9
Determine a derivada de ordem n das funcoes:
a) f x 5x3 3x2 4x 3;
b) f x eax ;
c) f x1
1 x;
d) f x log x ;
e) f x sen x ;
f) f x cos 2x .
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![Page 239: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/239.jpg)
Derivada de ordem n
Sejam f e g funcoes reais de variavel real que admitem derivada deordem n, finita no ponto x . Entao as funcoes f g , kf e f .gadmitem, tambem derivada de ordem n no ponto x , tendo-se:
1
f g
n
x f
n
x g
n
x ;
2
k f
n
x k f
n
x ;
3
f g
n
x f
n
x g x
n
1
f
n 1
x g x
n
2
f
n 2
x g x
n
n 1
f x g
n 1
x f x g
n
(Formula de Leibniz);
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Exercıcio 10
Considere as funcoes f x ex e g x cos x . Determine:
a) f n x ;
b) g n x ;
c) f g n x .
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![Page 241: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/241.jpg)
Mınimo absoluto e maximo absoluto
Definicao
Seja f : D R, com D R. Diz-se que f possui um mınimo
absoluto em x0
D se
f x0
f x , x D.
Definicao
Seja f : D R, com D R. Diz-se que f possui um maximo
absoluto em x0
D se
f x0
f x , x D.
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Ilustracao de maximos e mınimos absolutos
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Mınimo local e maximo local
Definicao
Seja f : D R, com D R e a D. Diz-se que f possui ummınimo local ou relativo em a ou f a e um mınimo local ou
relativo da funcao f se e so se existir um � 0 tal que, para todoo x a �, a � D, se tenha
f a f x .
Definicao
Seja f : D R, com D R e a D. Diz-se que f possui ummaximomo local ou relativo em a ou f a e um maxiimo local
ou relativo da funcao f se e so se existir um � 0 tal que, paratodo o x a �, a � D, se tenha
f a f x .59 / 133
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Observacao 4
Utilizamos a expressao “extremos de uma funcao” quandopretendermos referir-nos, indistintamente, a maximos ou mınimos(absolutos ou relativos) desta funcao.
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Observacao 5
Todo o maximo absoluto e um maximo local.
Nem todo o maximo local e um maximo absoluto.
Numa funcao constante um ponto qualquer do seu domınio esimultaneamente um maximo e um mınimo.
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Exercıcio 11
Considere a funcao g cujo grafico e:
Indique:1 Maximos locais;2 Mınimos locais;3 O maximo absoluto4 O mınimo absoluto
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Alguns teoremas sobre funcoes diferenciaveis
Teorema
Sejam f : D R e x0
D D . Entao
1
f x
0
0 � 0 : x D, x x
0
, x0
� f x f x
0
2
f x
0
0 � 0 : x D, x x
0
, x0
� f x f x
0
3
f x
0
0 � 0 : x D, x x
0
�, x0
f x f x
0
4
f x
0
0 � 0 : x D, x x
0
�, x0
f x f x
0
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Teorema de Fermat*
Se f tiver um maximo ou mınimo local em x0
, e f x0
existir,entao
f x0
0.
* Pierre Fermat (1601-1665) advogado frances que tinha porpassatempo favorito a matematica. Foi, juntamente comDescartes, um dos inventores da geometria analıtica. Os seusmetodos para encontrar as tangentes, as curvas e os valoresmaximo e mınimo fazem dele um precursor de Newton na criacaodo calculo diferencial.
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Observacao 6
A funcao f pode nao ter extremo no ponto x0
, no qual f se anule,isto e:
f x0
0 x0
seja extremo.
Exemplo: A funcao f x x3 nao tem maximo nem mınimo noponto x 0 e, no entanto, f 0 0.
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Observacao 7
Note-se que x0
pode ser extremo e nao existir f x0
.
Exemplo: A funcao f x x tem mınimo no ponto x 0 e, noentanto, nao existe f 0 .
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Funcao regular
Definicao
Uma funcao f diz-se regular em a, b se e so se
f e contınua em a, b
f e diferenciavel em a, b
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Teorema de Rolle*
Seja f uma funcao real de variavel real regular em a, b . Sef a f b , entao
c a, b : f c 0.
* Michel Rolle (1652-1719) matematico frances que foi membro daAcademia Francesa e contribuiu para o desenvolvimento dageometria analıtica e do que viria a ser o Calculo Diferencial.O Teorem de Rolle foi publicado pela primeira vez em 1691 nolivro intitulado Methode pour resoudre les egalitez
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Interpretacao geometrica do Teorema de Rolle
O Teorema de Rolle garante que o grafico de f admite umatangente horizontal num ponto interior de a, b .
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Corolario 1
Entre dois zeros de uma funcao (contınua e diferenciavel) ha pelomenos um zero da derivada.
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Corolario 2
Entre dois zeros consecutivos da derivada de uma funcao (contınuae diferenciavel) existe, quanto muito, um zero da funcao.
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Exercıcio 12
Considere a funcao f x ex2
x x2 x . Determine os pontosdo intervalo 1, 2 em que a tangente ao grafico de f e uma retahorizontal.
(S: Os pontos sao 0, 1 , 1
2
, e1
4
1
4
e 1, 1 )
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Exercıcio 13
Prove que a equacao x3 x 1 0 tem exatamente uma raiz real.
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Teorema de Lagrange* ou do Valor Medio de Lagrange oudos Acrescimos Finitos
Seja f uma funcao real de variavel real regular em a, b . Entao
c a, b : f cf b f a
b a
* Joseph-Louis de Lagrange (1736-1813) nascido na Italia, filho depai frances e mae italiana. Crianca prodıgio, tornou-se professorem Turim aos 19 anos.
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Observacao 8
Notemos que
c a, b : f cf b f a
b a
pode tambem escrever-se na forma
f b f a b a f c , c a, b
formula que relaciona o acrescimo da funcao f b f a com oacrescimo da variavel b a . Por isso se chama a esta expressaoformula dos acrescimos finitos.
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Interpretacao geometrica do teorema de Lagrange
O Teorema de Lagrange afirma que sendo A a, f a e B b, f bdois pontos do grafico de f , existe um ponto P c , f c onde atangente ao grafico de f e paralela a corda AB .
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Exercıcio 14
Determine o ponto M em que a tangente a curva y x2 e paralelaa corda que une os pontos A 1, 1 e B 2, 4 .
(S: O ponto pretendido e M 3
2
, 94
)
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Exercıcio 15
a) Recorrendo ao teorema de Lagrange, mostre que sendo a e bnumeros reais positivos com a b, se tem
b a
1 b2arctg b arctg a
b a
1 a2
b) Aplique a formula anterior para mostrar que
⇡
4
3
25arctg
4
3
1
6
⇡
4
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Corolario 1
Uma funcao f que tenha derivada nula em todos os pontos de umintervalo, e constante nesse intervalo.
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Corolario 2
Se f e g sao contınuas num intervalo a, b e se f x g x paratodo o x em a, b , entao f e g diferem de uma constante ema, b , isto e, existe uma constante k tal que f x g x k paratodo o x em a, b .
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Corolario 3
Seja f uma funcao contınua em a, b e diferenciavel em a, b .
Se f x 0, x a, b , f e estritamente crescente em a, b .
Se f x 0, x a, b , f e estritamente decrescente ema, b .
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Exercıcio 16
Determine o intervalo onde a funcao f x 3x4 4x3 12x2 5e crescente e o intervalo onde f e decrescente.
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Corolario 4
Seja f uma funcao contınua em a, b e diferenciavel em a, bexceto eventualmente no ponto x
0
a, b , sendo x0
um pontocrıtico.
Se
f x 0, x x0
f x 0, x x0
entao f admite um maximo relativo em x0
Se
f x 0, x x0
f x 0, x x0
entao f admite um mınimo relativo em x0
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Visualizacao do Corolario 4
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Teorema do Valor Medio de Cauchy
Sejam f e g duas f.r.v.r. regulares em a, b . Se
g a g b
f x e g x nao se anulam simultaneamente em a, b ,
entao
c a, b :f b f a
g b g a
f c
g c
A consequencia mais importante do Teorema de Cauchy, e uma regra que nos permite
calcular a grande maioria dos limites que dem indeterminacoes dos tipos
0
0
e .
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Exercıcio 17
Considere f x 3x2 3x 1 e g x x2 4x 2 no intervalo0, 1 . Calcule o valor de c 0, 1 tal que
f c
g c
f 1 f 0
g 1 g 0.
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Indeterminacoes
A “Algebra dos limites” e o conjunto de regras operatorias para ocalculo de limites. Quando a aplicacao direta destas regras conduza
; 0 ;0
0; ; 1 ; 0; 00
dizemos que “ha indeterminacao”, o que significa que estas regrassao insuficientes para se concluir sobre a existencia, ou naoexistencia, de limite.”Levantar a indeterminacao” consiste em “descobrir” o valor dolimite, caso ele exista, recorrendo a um processo especıfico paracada caso, mais ou menos engenhoso, conforme a situacao.
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1. Indeterminacao do tipo 00
Suponhamos que pretendıamos calcular um limite da forma
limx x
0
f x
g x
e que se tinhalimx x
0
f x limx x
0
g x 0.
Como proceder?Recorrendo a Regra de Cauchy, a qual podemos usarconsiderando dois casos:
1 Quando x x0
2 Quando x
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Regra de Cauchy
1o caso - Regra de Cauchy
0
0
quando x x0
Sejam f e g duas funcoes diferenciaveis em a, b x0
(comx0
a, b , tais que:
i) g x 0, x a, b x0
ii) limx x
0
f x limx x
0
g x 0.
Nestas condicoes se
limx x
0
f x
g xk , entao lim
x x
0
f x
g xk .
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![Page 274: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/274.jpg)
Exercıcio 18
Calcule:
a) limx
⇡2
2 cos x
x ⇡2
b) limx 0
ln 1 x x
x2
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Regra de Cauchy
2o caso - Regra de Cauchy
0
0
quando x
Sejam f e g duas funcoes diferenciaveis em M, , (comM 0, tais que:
i) g x 0, x M,
ii) limx
f x limx
g x 0.
Nestas condicoes
se limx
f x
g xk , entao lim
x
f x
g xk .
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![Page 276: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/276.jpg)
Observacoes
1 O teorema anterior com as devidas alteracoes tambem, seaplica quando x .
2 Se ao aplicar a regra de Cauchy verificar-se que
limx x
0
f x
g x
0
0
utiliza-se novamente a regra de Cauchy ao quociente f x
g x
pois, se
limx x
0
f x
g xk , entao lim
x x
0
f x
g xk .
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![Page 277: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/277.jpg)
Exercıcio 19
Calcule:
1 limx 0
1 cos x
x2
2 limx
ln 1 1
x
5
x
.
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![Page 278: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/278.jpg)
Indeterminacao do tipo
Se limx x
0
f x
g xpodemos proceder de dois modos:
1o Processo - Passar a uma indeterminacao do tipo 0
0
, tendoem conta que:
f x
g x
1
g x
1
f x
2o Processo - Regra de Cauchy: Sejam f e g duas funcoesdiferenciaveis em a, b , tais que:
i) g x 0, x a, b
ii) limx a
f x limx a
g x .
Nestas condicoes
se limx a
f x
g xk , entao lim
x a
f x
g xk .
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![Page 279: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/279.jpg)
Exercıcio 20
Calcule:
1 limx 0
ln x1
x
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Indeterminacao do tipo 0
Selimx x
0
f x g x 0
transformamos esta indeterminacao numa indeterminacao do tipo0
0
ou , isto e:
limx x
0
f x g x limx x
0
f x1
g x
ou entao
limx x
0
f x g x limx x
0
g x1
f x
conforme a facilidade e aplicamos a regra de Cauchy.
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![Page 281: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/281.jpg)
Exercıcio 21
Calcule:
1 limx
⇡2
tg x arcsen x⇡
2
2 limx
x 1 ln 11
x
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Indeterminacao do tipo
Selimx x
0
f x g x
basta fazer
f x g x f x g x1
g x
1
f x
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![Page 283: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/283.jpg)
Exercıcio 22
Calcule:
1 limx 0
1
x
1
ex 1
2 limx 0
1
ln x 1
x 1
x
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Indeterminacoes do tipo 1 , 00 e 0
Admitamos quelimx x
0
f x g x
leva a uma das indeterminacoes 1 , 00 e 0. Entao, sendo
ln limx x
0
f x g x k ,
tem-se que
limx x
0
f x g x ek
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Exercıcio 23
Calcule:
1 limx 0
x1
x ln x
2 limx 0
x 1 cotg x
3 limx 0
cotg x1
ln x
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Observacao 9
Apesar da Regra de Cauchy ser muito eficaz no calculo de limites,existem situacoes em que a sua aplicacao nao permite calcular olimite pretendido.
Exercıcio 24
Calcule limx
x sen x
x cos x
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Representacao grafica de funcoes
O esboco grafico de uma funcao f e um problema que em geral seresume em determinar:
O domınio de existencia de f ;
Os pontos de intersecao com os eixos;
Os pontos de descontinuidade;
Os intervalos de monotonia e extremos da funcao;
Concavidade e pontos de inflexao;
Assintotas (ou assimptotas) do grafico.
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Pontos crıticos
Observacao
Seja f uma f.r.v.r. definida e contınua em a, b . Os pontos onde fpode atingir um maximo ou mınimo sao:
os extremos do intervalo;
os pontos crıticos.
Definicao
Sejam f uma f.r.v.r. e x0
Df
. Diz-se que x0
e ponto crıtico de fse f x
0
0 ou nao existir f x0
ou f x0
e infinita.
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Determinacao dos extremos de uma funcao
Passos necessarios a determinacao dos extremos de uma funcao:
1 Calcula-se f x ;
2 Determinam-se os pontos crıticos;
3 Estuda-se o sinal da derivada a esquerda e a direita de cadaponto crıtico. Se f x muda de sinal
de positivo para negativo, entao f tem maximo relativo nesseponto.de negativo para positivo, entao f tem mınimo relativo nesseponto.
Caso contrario, f nao tem extremo nesse ponto.
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Exercıcio 25
Sejaf x x3 x2 x 1
definida no intervalo 2,1
2. Determine os extremos de f .
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Concavidade de uma curva
Definicao
Dada uma f.r.v.r. diferenciavel em ]a,b[, diz-se que a curvarepresentativa da funcao tem:
A concavidade no sentido dos yy negativos (concavidadevoltada para baixo), se todos os pontos da curva seencontram “abaixo” da tangente a curva em qualquer um dospontos deste intervalo.
A concavidade no sentido dos yy positivos (concavidadevoltada para cima), se todos os pontos da curva se encontram“acima” da tangente a curva em qualquer um dos pontosdeste intervalo
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Ilustracao do sentido da concavidade de uma funcao
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Teorema
Teorema
Seja f uma f.r.v.r. que admite segunda derivada em a, b .
Se f x 0 , x a, b entao f tem a concavidade voltadapara cima em a, b .
Se f x 0 , x a, b entao f tem a concavidade voltadapara baixo em a, b .
Observacao
O recıproco do teorema anterior nao e valido.
Exemplo: f x x4
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Ponto de Inflexao
Definicao
Um ponto c , f c do grafico de f diz-se ponto de inflexao seexistir f c (finita ou infinita) e se existir um intervalo aberto Icontendo c, tal que:
i) f x 0 para x c e x I e f x 0 para x c e x I .
ou
ii) f x 0 para x c e x I e f x 0 para x c e x I .
c
f + -f PI
c
f - +f PI
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Teorema
Teorema
Sejam y f x a equacao de uma curva, onde f e duas vezesdiferenciavel, e a D
f
. Se f a 0 ou nao existir f a e f xmuda de sinal em x a, entao o ponto de abcissa x a e pontode inflexao.
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Exercıcio 26
Determine, se existirem, os pontos de inflexao da curvarepresentativa de:
a) f x x 11
3
b) f x 1
1 x
2
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Assintotas de uma curva
Definicao
Uma reta r diz-se assintota de uma curva, se a distancia de umponto M da curva a reta r tende para zero quando o ponto M“tende para infinito”.
Existem tres tipos de assintotas:
verticais;
horizontais
oblıquas
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Assintota Vertical
Definicao
A reta x a, com a R, diz-se uma assintota vertical da curvay f x se:
limx a
f x
oulim
x a
f x
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Assintota Horizontal
Definicao
A reta y b, com b R, diz-se uma assintota horizontal da curvay f x se:
limx
f x b
oulim
x
f x b
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Assintota Oblıqua
Demonstra-se que
a reta y mx b, com m, b R, diz-se e uma assintota oblıquada curva y f x se e so se:
1
limx
f x
xm
2
limx
f x mx b
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Exercıcio 27
Determine as assintotas de:
1 f x 2
x 5
;
2 g x 2x
2
7x 5
x 2
;
3 h x e1
x ;
4 r x x
2
4
x
2
x
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Exercıcio 28
Faca o estudo da funcao f e esboce o seu grafico, sendo
f xx3
1 x2.
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Formulas de Taylor e de Maclaurin
As formulas de Taylor e de Maclaurin possibilitam o calculoaproximado de algumas funcoes logarıtmicas, exponenciais etrigonometricas a partir de uma funcao polinomial.
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Funcoes de classe C
n
Definicao
Diz-se que a funcao f e n-vezes continuamente diferenciavel oun-vezes continuamente derivavel sem I se e so se for n-vezesdiferenciavel em I e a funcao f n for contınua em I .
Definicao
As funcoes definidas e n-vezes continuamente diferenciaveis em Idizem-se tambem funcoes de classe Cn nesse conjunto.Escrevemos f Cn I .
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Funcoes de classe C
0 e C
Em particular:
f C 0 se f e contınua em I ;
f C se f e indefinidamente diferenciavel em I ;
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Exemplos
1 Todo o polinomio e uma funcao de classe C em R.
2 Toda a funcao racional e uma funcao de classe C no seudomınio.
3 As funcoes trigonometricas sao de classe C em cadaintervalo onde estao definidas.
4 A funcao logarıtmica e funcao exponencial sao de classe C .
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Polinomio de Taylor
Definicao
Sejam n N, f : A R R e x0
R tais que f e derivavel ate aordem n 1 numa vizinhanca de x
0
e f n 1 e derivavel em x0
.Definimos o polinomio de Taylor de ordem n de f em x
0
comosendo a (unica) funcao polinomial de grau menor ou igual a n talque P k x
0
f k x0
, para 0 k n. Ou seja, P : R R edefinida para todo x R por:
P xn
k 0
f k x0
k!x x
0
k .
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Formula de Taylor de ordem n com resto de Lagrange
Sejam n N, I R um intervalo e f : I R derivavel ate aordem n 1 e x
0
, x I . Entao existe c entre x0
e x (isto e,x0
c x ou x c x0
) tal que:
f xn
k 0
f k x0
k!x x
0
k
polinomio de Taylor
f n 1
c
n 1 !x x
0
n 1
R
n
x
.
Portanto,
f x f x0
f x0
x x0
f x0
2!x x
0
2
f n x0
n!x x
0
n
f n 1
c
n 1 !x x
0
n 1
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![Page 309: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/309.jpg)
Formula de Maclaurin
Se x0
0 a formula de Taylor passa a chamar-se formula deMaclaurin, tendo-se:
f x f 0 f 0 xf 0
2!x2
f n 0
n!xn R
n
x
onde
Rn
xf n 1
c
n 1 !xn 1
com c entre 0 e x .
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Exemplo 1 - Aproximacao de f x e
x
Grafico de f x ex e seus polinomios de Taylor de ordem 1(vermelho), 2 (verde) e 3 (azul) em x
0
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Exemplo 2 - Aproximacao de f x sen x
Grafico de f x sen x e seus polinomios de Taylor de ordem 1(vermelho), 3 (verde) e 5 (azul) em x
0
0
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![Page 312: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/312.jpg)
Exercıcio 29
Recorrendo a formula de Maclaurin desenvolva as funcoes:
1 f x ex ;
2 f x sen x ;
3 f x cos x .
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Exercıcio 30
Determine os polinomios de quarto grau em x a para aproximaras funcoes:
1 ex para a 0;
2
sen x para a ⇡2
3 log x para a 1;
4
tg x para a 0.
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Exercıcio 31
1 Escreva a funcao f x x4 2x3 x2 x 3 como umpolinomio nas potencias de x 1 .
2 Aplique a formula de Taylor para exprimir o polinomiof x 4x3 5x2 2x 1 como um polinomio nas potenciasde x 2 .
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Estudo dos extremos de uma funcao recorrendo a formulade Taylor
Sejam f uma funcao com derivadas ate a ordem n contınuas numintervalo a, b e c a, b tal que
f c f c f n 1 c 0
com f n c 0. Entao:
1 Se n e par e f n c 0, entao a funcao tem um maximo noponto x c ;
2 Se n e par e f n c 0, entao a funcao tem um mınimo noponto x c ;
3 Se n e ımpar, entao a funcao nao tem extremo no pontox c .
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Exercıcio 32
Recorrendo a formula de Taylor, determine os extremos dasseguintes funcoes:
1 f x x4 4x3;
2 f x x
4
6
x
3
3
;
3 f x x
3
1 x
2
.
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Bibliografia
Howard Anton, Calculo um novo horizonte, vol. 1, 6a Edicao,Kookman, 2000.
James Stewart, Calculo, vol. 1, 5a Edicao, Thomson, 2008.
J. Campos Ferreira, Introducao a Analise Matematica, 3a
Edicao, Fundacao Calouste Gulbenkian.
M. Augusta Neves, M. teresa Vieira e Alfredo Alves, livro detexto 12o ano matematica, Porto Editora.
M. Augusta Neves, M. Teresa Vieira e Alfredo Alves,exercıcios de matematica, 12o ano, vol.2, Porto Editora.
http://www.ime.usp.br/mat/0143-2006/textos/Taylor.pdf
http://w3.ualg.pt/ holivei/Cap-5
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Func
˜
oes Inversas das Func
˜
oes Circulares
Maria do Carmo Martins
outubro 2013
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Funcoes Trogonometricas ou Circulares
No cırculo trigonometrico, a medida do comprimento do arco eigual a medida, em radianos, do angulo ao centro correspondente.Assim, se o angulo ↵ esta expresso em radianos, sen↵, cos↵ outg↵ podem ser considerados como seno, cosseno (usam-se aindaas formas coseno e co-seno) ou tangente de um arco decomprimento s (↵ = s).Como as medidas do arco sao expressas em medidas decomprimento (m, dm, cm, etc.) e estas medidas sao numerosreais, consequentemente sen ↵, cos ↵ e tg ↵ podem serconsiderados como seno, cosseno e tangente de um numero real.Deste modo, a cada numero real x corresponde um e um sonumero real y tal que y = sen x , y = cos x e y = tg x .As funcoes definidas por y = sen x , y = cos x e y = tg x podemser consideradas como funcoes reais de variavel real.
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Funcao seno
Consideremos a funcao real de variavel real definida por:
f : R �! Rx 7! f (x) = sen x
A representacao grafica de f e:
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Funcao Seno - continuacao
Domınio: R
Contradomınio: [�1, 1]
Paridade: f e uma funcaoımpar, isto e,f (�x) = �f (x), 8x 2 D
f
Injetividade: f nao einjetiva
Perıodo: o perıodo positivomınimo e 2⇡
Zeros: Todos os pontos daforma x = k ⇡, k 2 Z
Positiva: nos intervalos]2k⇡,⇡ + 2k⇡[, k 2 Z
Negativa: nos intervalos]⇡+2k⇡, 2⇡+2k⇡[, k 2 Z
4 / 42
![Page 322: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/322.jpg)
Funcao Seno - continuacao
Mınimo: -1 para x = 3⇡2 + 2k⇡, k 2 Z
Maximo: 1 para x = ⇡2 + 2k⇡, k 2 Z
Crescente: nos intervalos⇥�⇡
2 + 2k⇡, ⇡2 + 2k⇡⇤, k 2 Z
Decrescente: nos intervalos⇥⇡2 + 2k⇡, 3⇡2 + 2k⇡
⇤, k 2 Z
Equacoes: Seja a 2 [�1, 1] e sen ↵ = a. Entao:
sen x = a , sen x = sen ↵ , x = ↵+2k⇡ _ x = (⇡�↵)+2k⇡,
com k 2 Z.5 / 42
![Page 323: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/323.jpg)
Exercıcio 1
Resolva as seguintes equacoes:
1 2 sen (3x) = 1
2sen (5x) = 0
3 2 sen (10x) =p3
4sen (2x) = �sen x
6 / 42
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Funcao cossecante
Definicao
Chama-se cossecante de x a funcao definida por
cosec x =1
sen x
.
7 / 42
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Funcao cosseno
Consideremos a funcao real de variavel real definida por:
f : R �! Rx 7! f (x) = cos x
A representacao grafica de f e:
8 / 42
![Page 326: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/326.jpg)
Funcao cosseno - continuacao
Domınio: RContradomınio: [�1, 1]
Paridade: f e uma funcao par, isto e, f (�x) = f (x), 8x 2 D
f
Injetividade: f nao e injetiva
Perıodo: O perıodo positivo mınimo e 2⇡
Zeros: Todos os pontos da forma x = ⇡2 + k ⇡, k 2 Z
Positiva: nos intervalos ]� ⇡2 + 2k⇡, ⇡2 + 2k⇡[, k 2 Z
Negativa: nos intervalos ]⇡2 + 2k⇡, 3⇡2 + 2k⇡[, k 2 Z9 / 42
![Page 327: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/327.jpg)
Funcao cosseno - continuacao
Mınimo: -1 para x = ⇡ + 2k⇡, k 2 ZMaximo: 1 para x = 2k⇡, k 2 ZCrescente: nos intervalos [�⇡ + 2k⇡, 2k⇡] , k 2 ZDecrescente: nos intervalos [2k⇡,⇡ + 2k⇡] , k 2 ZEquacoes: Seja a 2 [�1, 1] e cos ↵ = a. Entao:
cos x = a , cos x = cos ↵ , x = ↵+2k⇡ _ x = �↵+2k⇡,
com k 2 Z.10 / 42
![Page 328: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/328.jpg)
Exercıcio 2
Resolva as seguintes equacoes:
1 2 cos (3x) = 1
2cos (5x) = 0
3 cos (2x) = � cos x
11 / 42
![Page 329: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/329.jpg)
Funcao Secante
Definicao
Chama-se secante de x a funcao definida por
sec x =1
cos x
.
12 / 42
![Page 330: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/330.jpg)
Funcao tangente
Consideremos a funcao real de variavel real definida por:
f : R \ {⇡2+ k⇡, k 2 Z} �! R
x 7! f (x) = tg x
Notemos a alteracao imposta ao domınio da funcao uma vez que
tg x =sen x
cos x
, pelo que cos x 6= 0.
A representacao grafica de f e:
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Funcao tangente - continuacao
Domınio: R \ {⇡2 + k⇡, k 2 Z}
Contradomınio: RParidade: f e uma funcao ımpar, isto e,f (�x) = �f (x), 8x 2 D
f
Injetividade: f nao e injetivaPerıodo: O perıodo positivo mınimo e ⇡
Zeros: Todos os pontos da forma x = k ⇡, k 2 ZPositiva: nos intervalos ]k⇡, ⇡2 + k⇡[, k 2 ZNegativa: nos intervalos ]⇡2 + k⇡,⇡ + k⇡[, k 2 Z
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Funcao tangente - continuacao
Mınimo: nao tem
Maximo: nao tem
Crescente: nos intervalos⇥�⇡
2 + k⇡, ⇡2 + k⇡⇤, k 2 Z
Decrescente: nunca
Equacoes: Seja a 2 R e tg ↵ = a. Entao:
tg x = a , tg x = tg ↵ , x = ↵+ k⇡, k 2 Z.
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Exercıcio 3
Resolva a seguinte equacao trigonometrica
tg x � tg
2x = 0.
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Funcao cotangente
Consideremos a funcao real de variavel real definida por:
f : R \ {k⇡, k 2 Z} �! Rx 7! f (x) = cotg x
Notemos a alteracao imposta ao domınio da funcao uma vez que
cotg x =cos x
sen x
, pelo que sen x 6= 0.
A representacao grafica de f e:
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Funcao cotangente - continuacao
Domınio: R \ {k⇡, k 2 Z}Contradomınio: RParidade: f e uma funcao ımpar, isto e,f (�x) = �f (x), 8x 2 D
f
Injetividade: f nao e injetivaPerıodo: O perıodo positivo mınimo e ⇡Zeros: Todos os pontos da forma x = ⇡
2 + k⇡, k 2 ZPositiva: nos intervalos ]k⇡, ⇡2 + k⇡[, k 2 ZNegativa: nos intervalos ]⇡2 + k⇡,⇡ + k⇡[, k 2 Z
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Funcao cotangente - continuacao
Mınimo: nao tem
Maximo: nao tem
Crescente: nunca
Decrescente: nos intervalos [k⇡,⇡ + k⇡], k 2 ZEquacoes: Seja a 2 R e cotg ↵ = a. Entao:
cotg x = a , cotg x = cotg ↵ , x = ↵+ k⇡, k 2 Z.
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Exercıcio 4
Mostre que
1
sen x
= sen x
�cos 2⇡ + cotg
2x
�.
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Introducao as funcoes inversas das funcoes circulares
Tendo em conta que apenas as funcoes injetivas admitem inversas,nao podemos, a priori, falar em inversas das funcoes circulares.Deste modo, definem-se restricoes das funcoes onde sejam bijetivase assim, podemos definir as inversas das funcoes circulares.
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Funcao arco-seno
Consideremos a funcao real de variavel real definida por:
f : R �! [�1, 1]
x 7! f (x) = sen x
Qualquer restricao de f a um intervalo do tipoh�⇡
2+ k⇡,
⇡
2+ k⇡
i, k 2 Z
e bijetiva. De entre estas, chama-se restricao principal a funcao
g :h�⇡
2,⇡
2
i�! [�1, 1]
x 7! g(x) = sen x
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Funcao inversa da funcao seno
Nos intervalos em que a inversa de sen x e uma funcao, elarepresenta-se por arcsen x e permite obter o angulo y cujo seno ex .
Definicao
Define-se a funcao inversa da funcao seno, arco-seno, por
g
�1 : [�1, 1] �!h�⇡
2,⇡
2
i
x 7! g
�1(x) = arcsen x
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Resumo e visualizacao da funcao seno e da sua inversa
04/10/2013 22:07Cálculo 1 - Cap.XIV. Funções Trigomométricas Inversa
Page 1 of 15http://www.uff.br/webmat/Calc1_LivroOnLine/Cap14_Calc1.html
CálculoI
01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26
Cap.XIV. Funções Trigonométricas Inversa
As funções trigonométricas não são invertíveis em todo o seu domínio . Mas , para cada uma delas , podemos restringir o domínio de forma conveniente e definir uma função inversa .
XIV.1 Função Inversa da Função Seno XIV.2. Função Inversa da Função
Cosseno XIV.3 Função Inversa da Função
Tangente XIV.4. Função Inversa da Função
Cotangente XIV.5 Função Inversa da Função
Secante XIV.6. Função Inversa da Função
Cossecante Exemplo 14 . 1 ( Cálculo de Derivadas )
XIV-1. Função Inversa da Função Seno ( Ý )
Definição 14.1 ( Função Arco-Seno )
Observação 14.1.1 ( Gráfico, Domínio e Imagem)
Observação 14.1.2 ( Derivada)
Definição 14.1 : ( Função Arco-Seno ) ( Ý ) A função inversa do seno , denotada por arcsen , é definida como :
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Exercıcio 5
Calcule:
1arcsen 0
2arcsen
�12
�
3arcsen
⇣�
p32
⌘
4arcsen
⇣p22
⌘
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Exercıcio 6
Determine o domınio e a inversa da funcao definida por
f (x) = arcsen (2x � 3).
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Funcao arco-cosseno
O que se passa com a funcao seno passa-se com as restantesfuncoes trigonometricas. Interessa apenas fixar a restricao principalpara se poder definir a inversa.Qualquer restricao da funcao cosseno a um intervalo do tipo
[k⇡,⇡ + k⇡], k 2 Z
e bijetiva. No caso da funcao cosseno, considera-se como restricaoprincipal a funcao
h : [0,⇡] �! [�1, 1]
x 7! h(x) = cos x
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Funcao arco-cosseno - continuacao
Nos intervalos em que a inversa de cos x e uma funcao, elarepresenta-se por arccos x e permite obter o angulo y cujo cossenoe x .
Definicao
Define-se a funcao inversa da funcao cosseno, arco-cosseno, por
h
�1 : [�1, 1] �! [0,⇡]
x 7! h
�1(x) = arccos x
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Resumo e visualizacao da funcao cosseno e da sua inversa
04/10/2013 22:07Cálculo 1 - Cap.XIV. Funções Trigomométricas Inversa
Page 3 of 15http://www.uff.br/webmat/Calc1_LivroOnLine/Cap14_Calc1.html
Definição 14.2 : ( Função Arco-Cosseno ) ( Ý ) A função inversa do cosseno , denotada por arccos , é definida como :
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Observação 14.2.1 ( Gráfico, Domínio e Imagem ) ( Ý )
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Exercıcio 7
Calcule:
1 arccos 0
2 arccos�12
�
3 arccos⇣�
p32
⌘
4 arccos⇣p
22
⌘
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Exercıcio 8
Determine o domınio e a inversa da funcao definida por
f (x) = 3 arccos(2x � 3).
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Funcao arco-tangente
Qualquer restricao da funcao tangente a um intervalo do tipoi�⇡
2+ k⇡,
⇡
2+ k⇡
hk 2 Z
e bijetiva. No caso da funcao tangente, considera-se comorestricao principal a funcao
s :i�⇡
2,⇡
2
h�! R
x 7! s(x) = tg x
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Funcao arco-tangente - continuacao
Nos intervalos em que a inversa de tg x e uma funcao, elarepresenta-se por arctg x e permite obter o angulo y cujatangente e x .
Definicao
Define-se a funcao inversa da funcao tangente, arco-tangente, por
s
�1 : R �!i�⇡
2,⇡
2
h
x 7! s
�1(x) = arctg x
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Resumo e visualizacao da funcao tangente e da sua inversa
04/10/2013 22:07Cálculo 1 - Cap.XIV. Funções Trigomométricas Inversa
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Observação 14.3.1 ( Gráfico, Domínio e Imagem ) ( Ý )
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Exercıcio 9
Caracterize a inversa da funcao definida por
g(x) =1
2arctg (x + 3)� ⇡
4.
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Funcao arco-cotangente
Qualquer restricao da funcao tangente a um intervalo do tipo
]k⇡,⇡ + k⇡[ k 2 Z
e bijetiva. No caso da funcao cotangente, considera-se comorestricao principal a funcao
t : ]0,⇡[ �! R
x 7! t(x) = cotg x
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Funcao arco-cotangente - continuacao
Nos intervalos em que a inversa de cotg x e uma funcao, elarepresenta-se por arccotg x e permite obter o angulo y cujacotangente e x .
Definicao
Define-se a funcao inversa da funcao cotangente,
arco-cotangente, por
t
�1 : R �!]0,⇡[
x 7! t
�1(x) = arccotg x
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Resumo e visualizacao da funcao cotangente e da sua
inversa
A funcao inversa da cotangente, denotada por arccotg, e definidapor:
y = arccotg (x) , x = cotg (y) e y 2 ]0,⇡[
04/10/2013 22:07Cálculo 1 - Cap.XIV. Funções Trigomométricas Inversa
Page 7 of 15http://www.uff.br/webmat/Calc1_LivroOnLine/Cap14_Calc1.html
Definição 14.4 : ( Função Arco-Cotangente ) ( Ý ) A função inversa da cotangente , denotada por arccot , é definida como :
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Observação 14.4.1 ( Gráfico, Domínio e Imagem ) ( Ý )
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Exercıcio 10
Calcule arccotg (p3).
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Funcao arco-secante
A funcao inversa da secante, denotada por arcsec, e definida por:
y = arcsec (x) , x = sec(y) e y 2 ]0,⇡
2[[]⇡
2,⇡[
04/10/2013 22:07Cálculo 1 - Cap.XIV. Funções Trigomométricas Inversa
Page 9 of 15http://www.uff.br/webmat/Calc1_LivroOnLine/Cap14_Calc1.html
A função inversa da secante , denotada por arcsec , é definida como :
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Observação 14.5.1 ( Gráfico, Domínio e Imagem ) ( Ý )
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Funcao arco-cossecante
A funcao inversa da cossecante, denotada por arccosec, e definidapor:
y = arccosec (x) , x = cosec (y) e y 2 ]� ⇡
2, 0[[]0, ⇡
2[
04/10/2013 22:07Cálculo 1 - Cap.XIV. Funções Trigomométricas Inversa
Page 11 of 15http://www.uff.br/webmat/Calc1_LivroOnLine/Cap14_Calc1.html
Definição 14.6 ( Função Arco-Cossecante)
Observação 14.6.1 ( Gráfico, Domínio eImagem )
Observação 14.6.2 ( Derivada)
Definição 14.6 : ( Função Arco-Cossecante ) ( Ý ) A função inversa da cossecante , denotada por arccsc , é definida como :
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Observação 14.6.1 ( Gráfico, Domínio e Imagem ) ( Ý )
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Referencias:
Maria Augusta F. Neves, Maria Teresa C. Vieira e Alfredo G.Alves, livro de texto 12
o
matematica, Porto Editora.
Texto de apoio (Teoria e Pratica) de Matematica I do Dr.Jose Eduardo Carreiro (moodle da unidade curricular)
Howard Anton, Calculo um novo horizonte, Vol.1, Bookman,6a Edicao.
www.u↵.br/webmat/Calc1-LivroOnLine/Cap14-Calc1.htm
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Sucess˜oes de N´umeros Reais
Maria do Carmo Martins
outubro de 2013
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Nota historica
O termo sucessao esta relacionado com conjuntos de objetosdispostos numa dada ordem.
Na antiguidade, os Matematicos gregos dedicaram-se ao estudodas propriedades de sequencias numericas associadas a sequenciasgeometricas como os numeros poligonais triangulares, quadradosperfeitos, pentagonais, etc.
Uma sucessao historica e a sucessao de Fibonacci, que foiapresentada por Leonardo de Pisa, (1175-1250). Esta sucessao foimotivada pelos processos hereditarios nos coelhos.
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Poema sobre sucessoes de Maria Augusta
“Era uma vez uma bola
Que caiu de uma janela
Sobe e desce sempre metade
Ninguem mais teve mao nela.
Quanto a bola andou
Ja a matematica demonstrou.
Mas sera verdade?
Se a bola ainda nao parou
Como a soma se calculou?”
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Sucessao de numeros reais
Definicao
Chama-se sucessao de numeros reais ou sucessao numerica a
toda a aplicacao u de N em R.Simbolicamente:
u : N Rn u n
Observacao 1
Quando se trata de sucessoes e usual substituir a notacao u n poru
n
.
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Termo e ordem do termo de uma sucessao
Definicao
Numa sucessao, a cada imagem chamamos termo da sucessao,
enquanto que ao respetivo objeto chamamos ordem do termo.
Uma sucessao representa-se por:
u1, u2, , un
, ;
u
n n N;
u
n
.
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Exemplo
Seja u
n
n 1.
u1 1 1 2 diz-se o 1o termo da sucessao ou termo deordem 1;
u2 2 1 3 diz-se o 2o termo da sucessao ou termmo deordem 2;
...
u
n
n 1 diz-se o n-esimo termo da sucessao ou termo deordem n ou termo geral da sucessao.
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Termo geral de uma sucessao
Definicao
Termo geral de uma sucessao e uma expressao designatoria, de
domınio N, que gera todos os termos da sucessao.
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Conjunto dos termos de uma sucessao
Qualquer sucessao, como aplicacao que e, tem um contradomınio(conjunto das imagens), que no caso das sucessoes efrequentemente designado por conjunto dos termos da sucessao.
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Exercıcio 1
Indique o conjunto dos termos de cada uma das seguintessucessoes:
1u
n
n;
2u
n
1 n;
3u
n
4.
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Modos de definir uma sucessao
Para determinar (ou referirmo-nos a) uma sucessao, indica-segeralmente uma formula, atraves da qual pode-se obter para cadan N o correspondente termo de ordem n.
Exemplo: Seja u
n
a sucessao definida por:
u
n
5, n par
24 3n , n ımpar
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Modos de definir uma sucessao - continuacao
Evidentemente, a determinacao de uma sucessao pode fazer-se poroutros processos:
Indicam-se alguns termos iniciais considerados suficientes paradeterminar qualquer outro termo.
Exemplo: Seja x
n
definida por:
3, 8, 13, 18,
11 / 72
![Page 371: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/371.jpg)
Modos de definir uma sucessao - continuacao
Por recorrencia - Uma sucessao diz-se definida por recorrenciaquando sao dados o primeiro, ou os primeiros termos, e osseguintes sao obtidos a custa dos anteriores.
Exemplo: Seja v
n
definida por:
v1 0
v2 1
v
n 2 5 v
n 1 v
n
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Sucessao de Fibonacci
Esta sucessao surgiu com o problema inicial dos coelhos:
Num patio fechado, coloca-se um casal de coelhos. Supondoque em cada mes, a partir do segundo mes de vida, cada casalda origem a um novo casal de coelhos, ao fim de um ano,quantos casais de coelhos estao no patio?
Esta sucessao, por recorrencia, e definida por:
v1 1
v2 1
v
n
v
n 1 v
n 2, n 2.
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Sucessoes Monotonas
Definicao
Uma sucessao diz-se monotona quando e crescente ou decrescente
(em sentido lato ou estrito).
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Sucessao crescente e sucessao crescente em sentido lato
Definicao
Seja u
n
uma sucessao de numeros reais. Diz-se que u
n
e:
Crescente ou estritamente crescente ou crescente em sentido
estrito se
u
n 1 u
n
, n N u
n 1 u
n
0, n N.
Nao decrescente ou crescente em sentido lato se
u
n 1 u
n
, n N u
n 1 u
n
0, n N.
15 / 72
![Page 375: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/375.jpg)
Sucessao decrescente e sucessao decrescente em sentidolato
Definicao
Decrescente ou estritamente decrescente ou decrescente em
sentido estrito se
u
n 1 u
n
, n N u
n 1 u
n
0, n N.
Nao crescente ou decrescente em sentido lato se
u
n 1 u
n
, n N u
n 1 u
n
0, n N.
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![Page 376: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/376.jpg)
Exercıcio 2
Verifique se sao monotonas as sucessoes cujos termos gerais sao:
1u
n
n
n 1;
2u
n
2n 1, n par
n 3, n ımpar
3u
n
1 n 1 2
n 1;
4u
n
1
2n 1.
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![Page 377: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/377.jpg)
Sucessao limitada inferiormente
Definicao
Diz-se que uma sucessao u
n
e minorada ou limitadainferiormente se, e so se, o conjunto dos seus termos for
minorado, isto e, se existir b R, tal que
u
n
b, n N.
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Sucessao limitada superiormente
Definicao
Diz-se que uma sucessao u
n
e majorada ou limitadasuperiormente se, e so se, o conjunto dos seus termos for
majorado, isto e, se existir c R, tal que
u
n
c , n N.
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![Page 379: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/379.jpg)
Sucessao limitada
Definicao
Diz-se que uma sucessao u
n
e limitada se, e so se, o conjunto
dos seus termos for limitado, isto e, se existir a, b R tais que
a u
n
b, n N.
Por vezes, e conveniente usar a seguinte definicao:
u
n
e limitada L R : u
n
L, n N.
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Exercıcio 3
Prove que sao limitadas as sucessoes definidas por:
1u
n
1 1n
;
2u
n
1 n.
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Infimo e supremo de uma sucessao
Definicao
Se a e minorante de u
n
e verificar-se a condicao a c, sendo c
qualquer minorante de u
n
, entao a e o maior dos minorantes ou o
ınfimo de u
n
.
Definicao
Se b e majorante de u
n
e verificar-se a condicao b d, sendo d
qualquer majorante de u
n
, entao b e o menor dos majorantes ou
o supremo de u
n
.
22 / 72
![Page 382: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/382.jpg)
Subsucessao
Definicao
Chama-se subsucessao de uma sucessao u
n
a toda a sucessao
que se obtem de u
n
por supressao de alguns termos.
Representa-se por
u
n
u
n
n N , com N N.
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![Page 383: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/383.jpg)
Exercıcio 4
Indique duas subsucessoes de cada uma das sucessoes que sesegue:
1u
n
n;
2u
n
1 1 n
n
.
24 / 72
![Page 384: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/384.jpg)
Observacao 2
1 Qualquer subsucessao de uma sucessao limitada e limitada.
2 Qualquer subsucessao de uma sucessao monotona e tambemmonotona (crescente ou decrescente consoante a sucessaoconsiderada).
3 De uma sucessao nao monotona e possıvel extrairsubsucessoes monotonas.
4 Toda a sucessao crescente (mesmo em sentido lato) e limitadainferiormente pelo seu primeiro termo.
5 Toda a sucessao decrescente (mesmo em sentido lato) elimitada superiormente pelo seu primeiro termo.
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Limite de uma sucessao
Definicao
Seja u
n
uma sucessao de numeros reais e a R. Diz-se que u
n
converge para a ou tende para a ou tem limite a e escreve-se
u
n
a
se, e so se, para todo o numero real positivo �, e possıvel obter um
numero natural n0, tal que para n n0 se tem u
n
a �.Simbolicamente:
u
n
a � 0, n0 N : n n0 u
n
a �
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![Page 386: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/386.jpg)
Observacao 3
Podemos assim verificar que, se lim u
n
a, entao qualquerintervalo do tipo a �, a � contem todos os termos de u
n
,com excecao no maximo de um numero finito de termos.
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![Page 387: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/387.jpg)
Definicoes
Definicao
Se o limite e zero, diz-se que u
n
e um infinitesimo.
Definicao
Uma sucessao diz-se convergente se tiver limite finito, isto e,
se tender para um numero real.
Uma sucessao diz-se divergente se nao for convergente.
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![Page 388: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/388.jpg)
Sucessoes
Classificacao das sucessoes quanto a existencia e natureza dolimite:
sucessao
convergente
divergente
propriamente divergente
oscilante
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![Page 389: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/389.jpg)
Exercıcio 5
Prove, pela definicao de limite, que lim u
n
23 , sendo u
n
2n 1
3n 1.
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Exercıcio 6
Seja u
n
n
2 1
n
2 1.
a) Determine a ordem a partir da qual:
1u
n
1 0, 1
2u
n
1 3
b) Prove, pela definicao, que u
n
1.
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![Page 391: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/391.jpg)
Teoremas sobre limites de sucessoes
Teorema 1 (Unicidade do limite)
O limite de uma sucessao, quando existe, e unico.
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![Page 392: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/392.jpg)
Teoremas sobre limites de sucessoes
Teorema 2Qualquer subsucessao de uma sucessao convergente e tambemconvergente para o mesmo limite.
Corolario 1Se lim u
n
a, entao
k N, lim u
n k
a.
Isto e, o limite de uma sucessao nao se altera, quando se retira umnumero finito de termos.
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![Page 393: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/393.jpg)
Observacao 4
1 Do teorema anterior resulta que, se uma sucessao u
n
admitirduas subsucessoes com limites diferentes, entao u
n
edivergente.
2 Para determinar o limite de uma sucessao u
n
que se sabe serconvergente, basta determinar o limite de uma das suassubsucessoes, pois este sera tambem o limite de u
n
.
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![Page 394: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/394.jpg)
Teoremas sobre limites de sucessoes
Teorema 3Toda a sucessao convergente e limitada.
Observacao:O recıproco do teorema anterior nem sempre e valido, isto e,
u
n
limitada u
n
convergente
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Teoremas sobre limites de sucessoes
Teorema 4 (Convergencia das sucessoes monotonas)Toda a sucessao monotona e limitada e convergente.
Corolario 1Se u
n
e uma sucessao monotona e possui uma subsucessaoconvergente, entao u
n
e convergente.
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Teoremas sobre limites de sucessoes
Teorema 5Seja x
n
um infinitesimo e y
n
uma sucessao limitada. Entao asucessao x
n
.yn
e um infinitesimo (mesmo que nao exista lim y
n
.
NotaEste resultado e referido muitas vezes dizendo-se que “ o produtode um infinitesimo por uma sucessao limitada e um infinitesimo”.
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Teoremas sobre limites de sucessoes
Teorema 6Se lim x
n
a e lim y
n
b entao:
1 lim x
n
y
n
a b;
2 lim x
n
y
n
a b;
3 lim x
n
.yn
ab;
4 lim x
n
y
n
a
b
;
5 lim p
x
n
p lim x
n
p
a;
6 lim x
n
lim x
n
a .
38 / 72
![Page 398: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/398.jpg)
Observacao 5
1 Os resultados das alıneas (1) e (2) do teorema anterior saovalidos para um numero finito de sucessoes.
2 Deve-se ter o cuidado de nao aplicar o teorema nas somas (ouprodutos) em que o numero de parcelas (ou fatores) e variavele cresce acima de qualquer limite.
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Teoremas sobre limites de sucessoes
Teorema 7 (Permanencia do sinal)Se uma sucessao tem limite positivo, entao a partir de uma certaordem todos os seus termos sao positivos.
Nota:Do mesmo modo se prova que se lim x
n
b, com b 0, entao apartir de uma certa ordem, todos os termos x
n
sao negativos.
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Teoremas sobre limites de sucessoes
Teorema 8 (Passagem ao limite numa desigualdade)Sejam x
n
e y
n
duas sucessoes convergentes. Se x
n
y
n
,n N, entao
lim x
n
lim y
n
.
NotaSupondo x
n
y
n
, n N, nao podemos garantir que
lim x
n
lim y
n
.
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Teoremas sobre limites de sucessoes
Corolario 1Seja u
n
uma sucessao convergente. Se u
n
a, n N, entao
lim u
n
a.
Nota:Refira-se que se u
n
a, entao lim u
n
a.
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Teoremas sobre limites de sucessoes
Teorema 9 (Teorema ou Criterio das Sucessoes Enquadradas)Se u
n
e v
n
sao duas sucessoes de numeros reais convergentespara o mesmo limite a e, se a partir de certa ordem, a sucessaow
n
e tal queu
n
w
n
v
n
,
entaolimw
n
a.
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Exercıcio 7
Recorrendo ao teorema das sucessoes enquadradas, calcule o limitedas sucessoes definidas por:
1w
n
n
k 1
n
n
2k
n
n
2 1
n
n
2 2
n
n
2n
2w
n
1 sen
2 2n !
n 3.
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![Page 404: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/404.jpg)
Teoremas sobre limites de sucessoes
Lema 1Toda a sucessao limitada possui subsucessoes convergentes.
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Limites infinitos - infinitamente grande positivo
Definicao
Seja u
n
uma sucessao. Diz-se que u
n
e um infinitamentegrande positivo, e escreve-se u
n
ou lim u
n
, se
L R , p N : n p u
n
L.
ExemploA sucessao de termo geral u
n
n
2 e um infinitamente grandepositivo.
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Limites infinitos - infinitamente grande negativo
Definicao
Seja u
n
uma sucessao. Diz-se que u
n
e um infinitamentegrande negativo, e escreve-se u
n
ou lim u
n
se, e so
se, a sucessao u
n
for um infinitamente grande positivo.
ExemploA sucessao de termo geral u
n
n
2 e um infinitamente grandenegativo.
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Limites infinitos - infinitamente grande (sem sinal)
Definicao
Seja u
n
uma sucessao. Diz-se que u
n
e um infinitamentegrande (sem sinal) ou infinitamente grande em modulo se, e
so se, u
n
Exemplo
1 A sucessao de termo geral un
1 n 1n
2 e uminfinitamente grande (sem sinal);
2 A sucessao de termo geral un
3 1 n
n e uminfinitamente grande em modulo.
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Teorema
Sejam x
n
e y
n
duas sucessoes de numeros reais.
1) Se lim x
n
e y
n
e limitada inferiormente por um numeropositivo, entao lim x
n
y
n
.
2) Se lim x
n
e y
n
e limitada inferiormente por um numeropositivo, entao lim x
n
.yn
.
3) Se x
n
e uma sucessao de termos positivos, entao
lim x
n
0 lim1
x
n
.
49 / 72
![Page 409: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/409.jpg)
Teorema - continuacao
4) Se x
n
e y
n
sao sucessoes de termos positivos:
Se x
n
e limitada inferiormente por um numero positivo elim y
n
0, entao
limx
n
y
n
.
Se x
n
e limitada superiormente e lim y
n
, entao
limx
n
y
n
0.
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Propriedades algebricas dos limites
lim x
n
y
n
lim x
n
lim y
n
(Desde que as sucessoes nao tenham simultaneamente limitesinfinitos de sinais contrarios)
lim x
n
y
n
lim x
n
lim y
n
(Desde que as sucessoes nao tenham simultaneamente limitesinfinitos com o mesmo sinal)
lim x
n
.yn
lim x
n
. lim y
n
(Desde que as sucessoes nao tenham simultaneamente limitenulo e limite infinito)
lim x
n
y
n
lim x
n
lim y
n
(Desde que as sucessoes nao tenham simultaneamente limitesnulos ou limites infinitos)
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![Page 411: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/411.jpg)
Propriedades algebricas dos limites
lim x
n
lim x
n
lim p
x
n
p lim x
n
, com p N(Desde que a expressao tenha significado)
lim x
k
n
lim x
n
k , desde que para k 0 lim x
n
0 elim x
n
.
lim k
x
n
k
lim x
n , desde que para k 1, lim x
n
e parak 0, lim x
n
0.
lim x
y
n
n
lim x
n
lim y
n , desde que para1 lim x
n
0, lim y
n
0;
2 lim x
n
, lim y
n
0;
3 lim x
n
1, lim y
n
.
52 / 72
![Page 412: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/412.jpg)
Propriedades algebricas dos limites
lim log xn
log lim x
n
, desde que a expressao tenhasignificado.
lim sen x
n
sen lim x
n
lim cos xn
cos lim x
n
lim tg x
n
tg lim x
n
lim cotg x
n
cotg lim x
n
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Limite do quociente entre dois polinomios em n
lima0 a1n a2n
2a
p
n
p
b0 b1n b2n2
b
q
n
q
se p q
a
p
b
q
se p q
0 se p q
Exercıcio 8 - Complete:
1 lim3n3 5
n
2
2 lim5n2 n 3
4n2 6
3 limn
n
2 4
54 / 72
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Limite da Exponencial
lim a
n
se a 1
1 se a 1
se a 1
0 se a 1
Exercıcio 9 - Complete:
1 lim 2n
2 lim 1 n
3 lim1
2
n
4 lim1
4
n
5 lim 3 n
55 / 72
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A sucessao un
1 1n
n
A sucessao u
n
e estritamente crescente e limitada, pois
2 11
n
n
3 , n N.
Logo, pelo teorema de convergencia das sucessoes monotonas, u
n
e convergente, tendo-se
lim 11
n
n
e
limu
n
11
u
n
u
n
e
limu
n
1k
u
n
u
n
e
k
56 / 72
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Exercıcio 10
Calcule os seguintes limites:
1 lim 12
n
n 2
2 lim 19
4n2
3n
57 / 72
![Page 417: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/417.jpg)
Regras para a determinacao de limites de sucessoes
Consideremos as sucessoes u
n
e u
n
n
. Demonstra-se que:
lim u
n 1 u
n
a limu
n
n
a.
Exercıcio 11 - Calcule:
limlog n 1
n
.
58 / 72
![Page 418: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/418.jpg)
Regras para a determinacao de limites de sucessoes
Consideremos as sucessoes u
n
com u
n
0, n N, e n
u
n
.Demonstra-se que:
limu
n 1
u
n
b lim n
u
n
b.
Exercıcio 12 - Calcule:
1 lim n
n 1
2 lim1
n
n
n!
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![Page 419: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/419.jpg)
Regras para a determinacao de limites de sucessoes
Demonstra-se que se u
n
e uma sucessao convergente, entao
lim u
n
k limu1 u2 u
n
n
k .
Exercıcio 13 - Calcule:
1 lim1
n
1
2
1
4
1
6
1
2n;
2 lima1 a2 a
n
n
, com a
n
3n2 1n
2 1 .
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![Page 420: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/420.jpg)
Regras para a determinacao de limites de sucessoes
Demonstra-se que se u
n
e uma sucessao convergente e u
n
0,n N, entao
lim u
n
r lim n
u1.u2. . . . .un r
Exercıcio 14 - Calcule:
1 limn
1
2
3
4
5
6. . .
2n 1
2n
2 lim n 11
11
1
2. . . 1
1
n
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![Page 421: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/421.jpg)
Regras para a determinacao de limites de sucessoes
Sejam u
n
e v
n
duas sucessoes reais com v
n
sucessaocrescente. Demonstra-se que
limu
n 1 u
n
v
n 1 v
n
m limu
n
v
n
m.
Exercıcio 15 - Calcule:
1 limlog n
n
2 lim3n2 2
log n
3 limn
i 1 2in
i 1 2i 1
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![Page 422: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/422.jpg)
Regras para a determinacao de limites de sucessoes
A exponencial de base maior do que um evolui mais rapidamentedo que qualquer potencia do seu expoente.
lima
u
n
u
n
k
, com u
n
e a 1
limu
n
k
a
u
n
0, com u
n
e a 1
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![Page 423: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/423.jpg)
Exercıcio 16
Calcule, se existirem, os seguintes limites:
1 lime
n
n
2 lime
n
n
3 lim5n 2
n 2 100
4 lim3n 4 10
63n 4
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![Page 424: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/424.jpg)
Regras para a determinacao de limites de sucessoes
Os numeros evoluem mais rapidamente do que qualquer potenciados seus logaritmos.
limn
log n k
limlog n k
n
0
Generalizacao:
limu
n
log un
k
, com u
n
e u
n
0
limlog u
n
k
u
n
0, com u
n
e u
n
0
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![Page 425: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/425.jpg)
Exercıcio 17
Calcule:
1 limlog n 1
n 1
2 limlog n 5
n
3 limn
6 1
log n
6 1 2
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Regras para a determinacao de limites de sucessoes
limu
n
0
sen u
n
u
n
1
limu
n
0
tg u
n
u
n
1
Exercıcio 18 - Calcule:
1 lim n
2sen
1
n
2
2 limtg
12
n
12
n
67 / 72
![Page 427: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/427.jpg)
Exercıcio 19
Determine, caso exista, os seguintes limites:
1 lim sen n
2 limsen n
n
3 lim n sen
1n
4 lim cos 1n
5 limsen n
n
2 1
6 limn sen n
n
2 1
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![Page 428: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/428.jpg)
Regras para a determinacao de limites de sucessoes
lim y
n
x
n
1 k lim x
n
y
n
e
k
(so serve para indeterminacoes do tipo 1 )
Exercıcio 20 - Calcule:
limlog n 1
log n
n
.
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![Page 429: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/429.jpg)
Exercıcio 21- Produtos sucessivos
Considere a sucessao de termo geral un
1.3.5.7 2n 1
2nn!.
1 Calcule1
u1
2u2
3u3
4u4
5u9
6u20
2 Estude a monotonia de u
n
.
70 / 72
![Page 430: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/430.jpg)
Exercıcio 22- Produtos sucessivos
Considere a sucessao de termo geral un
2.4.6 2n .
1 Calcule:1
u1
2u2
3u3
4u10
5u30
2 Estude a monotonia de u
n
.
71 / 72
![Page 431: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/431.jpg)
Exercıcio 23- Somas sucessivas
Considere a sucessao de termo geral un
1 12
13
1n
.
1 Calcule:1
u1
2u2
3u3
4u10
5u40
2 Estude a monotonia de u
n
.
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![Page 432: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/432.jpg)
Series Numericas
Maria do Carmo Martins
Novembro de 2013
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Definicao e generalidades
Definicao
Seja un uma sucessao de numeros reais. Chama-se serienumerica ou serie de numeros reais ou soma infinita aexpressao que se obtem somando todos os termos de un .Simbolicamente:
u1
u2
u3
un . . .n 1
un
u1
u2
u3
un . . .1
un
u1
u2
u3
un . . . un
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Definicao e generalidades
Considerando a serie un, tem-se
u1
u2
...un...
termos da serie
em que un e o termo geral da serie.
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Observacao 1
Por vezes e conveniente considerar series do tipon 0
un, ou mais
geralmente,n p
un, onde p e um numero natural. Assim, sao
tambem series as expressoes:
n 2
un u2
u3
un . . .
n 8
un u8
u9
un . . .
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Sucessao associada a uma serie
Definicao
Considere-se a serie numerica un. Define-se
S1
u1
primeiro termo da serieS2
u1
u2
soma dos dois primeiros termos da serieS3
u1
u2
u3
soma dos tres primeiros termos da serie...Sn u
1
u2
un soma dos n primeiros termos da serie...
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Sucessao associada a uma serie
S1
S2
...Sn...
somas parciais da serie un
Sn n N ou Sn e uma sucessao de numeros reais chamadasucessao das somas parciais da serie un ou sucessaoassociada a serie.
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Exercıcio 1
Considere a serie 1
n . Calcule S2
, S3
, S10
e Sn.
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Sucessao associada a uma serie
Considere-se a serie un. Entao
Sn u1
u2
un 1
un
Sn 1
u1
u2
un 1
Sn Sn 1
u1
un 1
un u1
un 1
un.
Assim,Sn Sn 1
un.
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Exercıcio 2
Seja Snn
n 1o termo geral geral da sucessao das somas
parciais da serie un. Determine un.
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Convergencia da sucessao associada a serie
Considere-se a serie numerica un e seja Sn a sua sucessaoassociada. Entao
Sn converge un converge.
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Natureza de uma serie
Definicao
Diz-se que a serie de termo geral un e convergente se existirem R o
limn
Sn S .
O numero real S diz-se a soma da serie un. Escreve-seentao, un S.
Diz-se que a serie de termo geral un e divergente se asucessao associada a serie for divergente, isto e, se lim Snou lim Sn.
Chama-se natureza de uma serie a propriedade de serconvergente ou divergente.
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Observacao 2
Note-se que sendo Sn uma sucessao, o calculo do limite de Snobedece as propriedades algebricas dos limites das sucessoes,podendo aplicar-se, sempre que seja possıvel, as regras praticas jaestudadas.
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Exercıcio 3
Estude a natureza das series:
1
1
n n 1;
2 c , com c R 0 ;
3 0;
4 1 n 15.
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Resto de uma serie
Definicao
Seja un uma serie numerica. Chama-se resto de ordem p daserie un a serie que se obtem suprimindo os p primeiros termosda serie. Simbolicamente
Rp up 1
up 2
n 1
up n.
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Exercıcio 4
Escreva o resto de ordem 4 da serie 1
n .
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Observacao 3
Suponhamos que un e uma serie numerica convergente cujasoma e S . Entao
S un u1
u2
un
Sn
un 1
un 2
. . .
Rn
ou seja,
S Sn Rn
Rn S Sn.
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Observacao 3 (continuacao)
Tomando limites, tem-se:
limRn lim S Sn
lim S lim Sn
S S
0.
Concluimos entao que uma serie e convergente se o resto de ordemn for um infinitesimo, isto e:
un e convergente limRn 0
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Serie geometrica
Definicao
Chama-se serie geometrica a toda a serie da forma
arn 1
n 0
arn a ar ar2 ar3 arn . . .
Refira-se que, numa serie geometrica cada termo pode ser obtido apartir do termo anterior multiplicando pela razao r .
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Exercıcio 5
Verifique que a serie1
2ne geometrica e indique a razao.
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![Page 451: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/451.jpg)
Natureza da serie Geometrica (1)
Estudemos a natureza (convergente ou divergente) da seriegeometrica.
Escrevendo a sucessao das somas parciais, Sn , multiplicando-apor r , rSn , e subtraindo rSn a Sn, vem:
Sn a ar ar2 arn 1
rSn ar ar2 ar3 arn 1 arn
Sn rSn a ar arn 1 ar arn 1 arn
Sn rSn a arn
Sn 1 r a arn
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Natureza da serie Geometrica (2)
Consideremos os seguintes casos:
1) Se r 1, entao Sna arn
1 r .
Calculemos o limite de Sn:
lim Sn lima arn
1 r
lima
1 r
arn
1 r
a
1 rlim
arn
1 ra
1 r
a
1 rlim rn
Sendo rn uma exponencial, o limite vai depender da base.
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Natureza da serie Geometrica (3)
Assim, teremos de considerar os casos:
1 r 1;
2 r 1;
3 r 1.
Analisemos cada caso:
Se r 1, entao lim rn 0 e assim lim Sna
1 r .
Sendo Sn convergente, entao a serie arn 1 e convergentee a sua soma e S a
1 r .
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![Page 454: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/454.jpg)
Natureza da serie geometrica (4)
Se r 1, entao lim rn e assim lim Sn .
Sendo Sn divergente, entao a serie arn 1 e divergente.
Se r 1, entao arn 1 e divergente, pois:
Se n e par, entao Sna
1 1
a1 1
0, pelo que
lim Sn 0.
Se n e ımpar, entao Sna
1 1
a1 1
a, pelo que
lim Sn a.
Assim, Sn a para n ımpar e Sn 0 para n par. E sabido queesta sucessao nao tem limite e, portanto, a serie e divergente.
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![Page 455: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/455.jpg)
Natureza da serie geometrica (5)
2) Se r 1, entao Sn na. Calculando o limite de Sn tem-se:
lim Sn lim na
Como Sn e divergente, entao arn 1 e divergente.
Conclusao:
A serie geometrica arn 1 converge se, e so se, r 1. Nestecaso, a sua soma e
Sa
1 r.
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![Page 456: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/456.jpg)
Exercıcio 6
Determine a natureza das seguintes series e, em caso deconvergencia, calcule a respetiva soma:
1
2
3n
2
5
4
n
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Serie de Mengoli
Definicao
Chama-se serie de Mengolia a toda a serie cujo termo geral podeser escrito numa das seguintes formas:
un an an 1
; (1)
un an an 2
; (2)
un an an p, p N. (3)
aPietro Mengoli, matematico italiano que em em 1650 estabeleceu a soma
de grande numero de series de termos positivos e a divergencia da serie
harmonica.
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Exercıcio 7
Verifique que sao de Mengoli as seguintes series:
1
1
n n 1
2
1
n n 3
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Serie de Mengoli
Analisemos cada um dos casos da definicao anterior. Consideremoso caso (1). Admitamos que existe uma sucessao an) tal queun an an 1
. Tem-se
Sn u1
u2
u3
un
a1
a2
a2
a3
an 1
an an an 1
a1
an 1
.
Calculemos o limite de Sn:
lim Sn lim a1
an 1
lim a1
lim an 1
a1
lim an 1
a1
lim an
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Serie de Mengoli
Portanto,
Sn converge an converge
un converge an converge
Conclusao: A serie de Mengoli
un an an 1
converge se, e so se, an for convergente. Em caso deconvergencia, a sua soma e
S a1
lim an.
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Serie de Mengoli
Consideremos o caso (2). Admitamos que existe uma sucessaoan) tal que un an an 2
. Tem-se
Sn u1
u2
u3
un
a1
a3
a2
a4
a3
a5
an 2
an
an 1
an 1
an an 2
a1
a2
an 1
an 2
.
Calculemos o limite de Sn:
lim Sn lim a1
a2
an 1
an 2
a1
a2
lim an 1
lim an 2
a1
a2
2 lim an
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Serie de Mengoli
Portanto,
Sn converge an converge
un converge an converge
Conclusao: A serie de Mengoli
un an an 2
converge se, e so se, an for convergente. Em caso deconvergencia, a sua soma e
S a1
a2
2 lim an.
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Serie de Mengoli
Consideremos, finalmente, o caso (3). Admitamos que existe umasucessao an) tal que un an an p, com p N. Tem-se
Sn u1
u2
u3
un
a1
a1 p a
2
a2 p an 1
an 1 p
an an p
a1
a2
ap an 1
an 2
an p.
Calculemos o limite de Sn:
lim Sn lim a1
a2
ap an 1
an 2
an p
a1
a2
ap lim an 1
lim an 2
lim an p
a1
a2
ap p lim an
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Serie de Mengoli
Conclusao: A serie de Mengoli
un an an p , com p N
converge se, e so se, an for convergente. Em caso deconvergencia, a sua soma e
S a1
a2
ap p lim an.
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Exercıcio 8
Calcule a soma das series das seguintes series
1
1
n n 1
2
1
n n 3
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Serie Aritmetica
Definicao
Chama-se serie aritmetica a toda a serie em que e constante adiferenca entre um termo e o seu antecedente.
Portanto, a serie un e uma serie aritmetica se un 1
un r ,com r constante. Tem-se assim,
Sn u1
u2
un
soma de n termos de uma p.a.
u1
un2
n
Como lim Sn , a serie aritmetica e sempre divergente.
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Exercıcio 9
Determine a natureza da serie 2n.
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Serie geometrica-aritmetica
Definicao
Chama-se serie geometrica-aritmetica a toda a serie da forma
n a rn 1 a 2ar 3ar2 4ar3 narn 1 . . .
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Exercıcio 10
Verifique que a serien
2ne uma serie geometrica-aritmetica.
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Natureza da serie geometrica-aritmetica (1)
Estudemos a natureza da serie narn 1, procedendo de modoanalogo ao das series geometricas.
Sn a 2ar 3ar2 n 1 arn 2 narn 1
rSn ar 2ar2 3ar3 n 1 arn 1 narn
Sn rSn a ar ar2 arn 2 arn 1
soma de n termos de uma p.g.
narn
Sn 1 ra arn
1 rnarn
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Natureza da serie geometrica-aritmetica (2)
Consideremos os seguintes casos:
1) Se r 1, entao Sna arn
1 r 2
narn
1 r .
Calculemos o limite de Sn:
lim Sn lima arn
1 r 2
narn
1 r
Sendo rn uma exponencial, o limite vai depender da base. Assim,teremos de considerar os casos:
1 r 1;
2 r 1;
3 r 1.
Analisemos cada caso:
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Natureza da serie geometrica-aritmetica (3)
Se r 1, entao
lim Sn lima arn
1 r 2
narn
1 r
lima
1 r 2
arn
1 r 2
anrn
1 r
Ora, se r 1, entao:
lim rn 0lim nrn lim
n1
r
n1 0.
Assim, lim Sna
1 r 2
. Sendo Sn convergente, entao a serie
narn 1 e convergente e a sua soma e S a1 r 2
.
1
Recorde-se que a exponencial de base maior que um evolui mais
rapidamente do que qualquer potencia do seu expoente
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Natureza da serie geometrica-aritmetica (4)
Se r 1,
Sna arn
1 r 2
narn
1 r
a arn narn 1 r
1 r 2
a arn narn 1 r
1 r 2
a rn a na 1 r
1 r 2
Assim lim Sn . Sendo Sn divergente, entao a serienarn 1 e divergente.
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Natureza da serie geometrica-aritmetica (5)
Se r 1, entao narn 1 e divergente, pois:
Se n e par, entao Snna2
, pelo que limSn depende do sinalde a.
Se n e ımpar, entao Sna na2
, pelo que
lim Sn lima na
2
se a 0
se a 0
Assim, nao existe lim Sn e, portanto, a serie e divergente.
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![Page 475: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/475.jpg)
Natureza da serie geometrica-aritmetica (6)
2) Se r 1, entao Snan an2
2
. Calculando o limite de Sn tem-se:
lim Sn liman2 an
2
Como Sn e divergente, entao narn 1 e divergente.
Conclusao: A serie geometrica-aritmetica narn 1 converge se, eso se, r 1. Neste caso, a sua soma e
Sa
1 r 2
.
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![Page 476: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/476.jpg)
Teorema 1 - Criterio Geral de Cauchy
Para que uma serie un seja convergente e necessario e suficienteque
� 0, n0
N : n n0
Sn p Sn �, p N
isto e,
� 0, n0
N : n n0
un 1
un 2
un p �, p N
Note-se que:
Teorema (Criterio de Cauchy para as sucessoes) Seja unuma sucessao numerica.
un converge � 0, n0
N : n n0
un p un �, p N.
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Corolario 1 - Condicao necessaria para a convergencia(serie)
Corolario
Se a serie un e convergente, entao lim un 0.
Observacao 4O corolario anterior diz-nos que
un converge lim un 0.
No entanto,lim un 0 un converge.
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Exercıcio 11
Aplicando o criterio geral de convergencia determine a natureza da
serie1
n.
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Corolario 2 (Teste da Divergencia)
Corolario
Se un e uma serie tal que lim un 0, entao a serie un edivergente.
lim un 0 un e divergente.
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Exercıcio 12
Determine a natureza da serien 1
3n 1.
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Teorema 2
Teorema
Se c e uma constante nao nula, entao as series
un e c un
sao da mesma natureza e, no caso de convergencia, se for S asoma de un, entao c S sera a soma de c un.
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Exercıcio 13
Estude a natureza das series:
1
1
3n n 1
2
a
n, a 0
3 5e1
n
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Teorema 3
Teorema
Sejam un e vn duas series convergentes, cujas somas saorespetivamente S e S . Entao
1 A serie un vn e convergente e a sua soma e S S .
2 A serie un vn e convergente e a sua soma e S S .
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Exercıcio 14
Mostre que a serie4
2n 1
2
n2 3ne convergente.
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Corolario
Corolario
Se a serie
un e convergente e
a serie vn e divergente
(ou vice-versa),entao a serie
un vn
e divergente.
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![Page 486: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/486.jpg)
Exercıcio 15
Determine a natureza das series:
1
1
4n
1
4n
2 2 e
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Conclusao
un convergentevn convergente
un vn convergente.
un convergentevn divergente
un vn divergente.
undivergentevndivergente
nada se pode concluir acercada natureza da serie un vn .
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Teorema 4
Teorema
Se uma serie, un, e convergente, entao a serie, un, que seobtem associando dois a dois os termos consecutivos da serie deforma a construir novos termos e tambem convergente e tem amesma soma.
Corolario
Se un e divergente, entao un e divergente.
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Teorema 5
Teorema
A natureza de uma serie nao se altera se modificarmos um numerofinito dos seus termos, isto e,
- Se duas series diferem de um numero finito de termos elastem a mesma natureza.
Nota: As series referidas no teorema anterior tem a mesmanatureza, mas podem nao ter a mesma soma.
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Exercıcio 16
Determine a natureza da serie
un 1 2 31
2
1
4
1
8
1
16
e, em caso de convergencia, calcule a soma.
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Series de termos nao negativos
Definicao
Uma serie un diz-se de termos nao negativos se
un 0, n N.
Exemplo:
1 n e uma serie de termos nao negativos.
2 n2 e uma serie de termos nao negativos.
3 n 5 nao e uma serie de termos nao negativos.
4 n 1 e uma serie de termos nao negativos.
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Serie de termos nao positivos
Definicao
Uma serie un diz-se de termos nao positivos se
un 0, n N.
Exemplo:
1 n e uma serie de termos nao positivos.
2 n2 e uma serie de termos nao positivos.
3 n 5 nao e uma serie de termos nao positivos.
4 1 n e uma serie de termos nao positivos.
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Observacao 5
Suponhamos que an e uma serie de termos nao positivos. Entao,por definicao
an 0, n N.
Mas,an 0, n N an 0, n N
pelo que, a seriean an
e uma serie de termos nao negativos. Assim, o estudo de uma seriede termos nao positivos reduz-se ao estudo de uma serie de termosnao negativos, uma vez que as series an e an tem a mesmanatureza.
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Teorema 6 - Condicao necessaria e suficiente deconvergencia de uma serie de termos nao negativos
Teorema
E condicao necessaria e suficiente para que uma serie de termosnao negativos seja convergente que a sucessao Sn , das somasparciais da serie, seja limitada superiormente.
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Exercıcio 17
Prove que1
n!e convergente, utilizando o teorema anterior.
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Teorema 7 - Criterio de comparacao
Teorema
Sejam un e vn duas series de termos nao negativos, tais que
un vn, n N.
Entao
1 Se vn converge, entao un converge
2 Se un diverge, entao vn diverge
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Serie majorante e serie minorante
Definicao
Chama-se serie majorante de uma serie un a serie vn, tal que
un vn, n N.
vn e a serie majorante da serie un
un e a serie minorante da serie vn
O Criterio de Comparacao pode ser enunciado do seguinte modo:
1 A convergencia da serie majorante implica a convergencia daserie minorante.
2 A divergencia da serie minorante implica a divergencia da seriemajorante.
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Observacao 6
Como a natureza de uma serie nao depende dos seus primeirostermos (em numero finito), o teorema anterior ainda e valido parao caso em que a condicao un vn se verifica apenas a partir deuma certa ordem, isto e, se
n0
N : n n0
un vn.
Exercıcio 18 - Determine a natureza da serie 1
5
n n 1
, aplicandoo criterio de comparacao.
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Exercıcio 19
1 Utilizando o criterio de comparacao, conclua que a serie 1
ne divergente.
2 Determine a natureza da serie 1
nn .
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Corolario 1
Corolario
Sejam un uma serie de termos nao negativos e vn uma seriede termos positivos. Se existir um c 0, tal que a condicao
unvn
c
se verifica a partir de uma certa ordem, entao:
1 Se vn e convergente, entao un converge.
2 Se un e divergente, entao vn diverge.
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Corolario 2
Corolario
Sejam un e vn duas series de termos positivos. Se existiremc 0 e d 0 tais que
cunvn
d ,
a partir de uma certa ordem, entao as series un e vn sao damesma natureza.
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Corolario 3 - Criterio de comparacao por limites
Corolario
Sejam un e vn duas series de termos positivos. Entao:
1 Se lim unvn
` 0, (entao) as series un e vn sao damesma natureza.
2 Se lim unvn
0, entao a convergencia de vn implica aconvergencia de un ou a divergencia de un implica adivergencia de vn.
3 Se lim unvn
, entao a convergencia de un implica aconvergencia de vn ou a divergencia de vn implica adivergencia de un.
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Exercıcio 20
Utilizando o Criterio de comparacao por limites, estude anatureza da serie
n 1
n 4n.
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Corolario 4 - Comparacao de razoes
Corolario
Sejam un e vn duas series de termos positivos. Se existir umaordem p, a partir da qual
un 1
un
vn 1
vn,
entao:
Se vn converge, entao un converge.
Se un diverge, entao vn diverge.
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Exercıcio 21
Estude a natureza das series:
1
2n 5
3n 11
2
log n
n
3
1 sen n
2n
4 log 13
n
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Series de Dirichlet
Definicao
Chama-se Serie de Dirichleta a toda a serie da forma
1
n↵,
sendo ↵ um numero real.
aPeter Gustave Lejeune Dirichlet (1805-1859), matematico Alemao, foi
professor em Berlin e Gottingen e deu importantes contribuicoes para a Analise
e Teoria dos Numeros
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Exercıcio 22
1
1
n; ↵ 1 (Serie harmonica);.
2
1
n3; ↵ 3.
3
1
n 9
; ↵ 9.
4
1
n5
2
; ↵5
2.
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Teorema 8
Teorema
Seja un uma sucessao de termos nao negativos e decrescente.Entao as series
1
un ek 0
2k u2
k
sao da mesma natureza.
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Corolario
Corolario
A serie 1
n↵ converge para ↵ 1 e diverge para ↵ 1.
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Exercıcio 23
a) Estude a natureza da serien 1
3n3 2.
b) Recorrendo ao criterio de comparacao por limites, determine anatureza das seguintes series:
1
n 43 n7 2
2 log 13
n3
3
sen 1
n
n3 2
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Series de Bertrand 2
Definicao
Chama-se Serie de Bertrand a toda a serie da forma
n 2
1
n↵ log n �, com ↵,� R.
2
Joseph Louis Francois Bertrand (1822-1900) foi um matematico,
historiador de ciencias e academico frances.
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Natureza das series de Bertrand
Observacao
Consideremos a serie de Bertrand:
n 2
1
n↵ log n �, com ↵,� R.
Se ↵ 1, a serie de Bertrand converge � R;
Se ↵ 1, a serie diverge � R;
Se ↵ 1, entao
Se � 1 a serie converge;
Se � 1 a serie diverge.
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Exemplos
1
2
1
n2 log n; Serie de Bertrand convergente; ↵ 2 1.
2
2
1
n5 log n 3
; Serie de Bertrand convergente; ↵ 5 1 e
� 3 1.
3
2
1
n log n; Serie de Bertrand divergente; ↵ 1 e � 1.
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Teorema 9 - Criterio da razao
Teorema
Seja un uma serie de termos positivos.
1 Se existir k 0 tal que
p N : n pun 1
unk 1,
entao a serie converge.
2 Sep N : n p
un 1
un1,
entao a serie diverge.
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Corolario 1 - Criterio D’Alembert
Corolario
Seja un uma serie de termos positivos. Suponhamos que
limun 1
un` ` finito ou infinito
1 Se ` 1, entao un e convergente
2 Se ` 1, entao un e divergente
3 Se ` 1, nada se pode concluir quanto a natureza da serieun.
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Jean D´Alembert 3
3
Jean Le Rond D’Alembert (1717-1783), notavel matematico, filosofo e
escritor Frances do tempo dos enciclopedistas, foi secretario perpetuo da
Academia Francesa.
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Observacao 7
Observacao
Sendo lim un 1
un1, nada se pode concluir, no entanto,
se lim un 1
un1 (por valores superiores a 1), entao a serie
un e divergente.
Se lim un 1
un1 , entao nada se pode concluir quanto a
natureza de un.
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Exercıcio 24
Aplicando o Criterio D´Alembert, estude a natureza das series
1
1
n
2
1
n2
3
n
n 1
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Corolario 2
Corolario
Seja un uma serie de termos positivos.
1 Se limun 1
un1, entao un converge
2 Se limun 1
un1, entao un diverge.
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![Page 520: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/520.jpg)
Resumo
Dada a serie un, com un 0, n N,
limun 1
un
` 1, un converge
` 1, un diverge
` 1 , un diverge
` 1 , nada se pode concluir.
limun 1
une se
limun 1
un1, un converge
limun 1
un, un diverge
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![Page 521: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/521.jpg)
Observacao 8
Observacao
O criterio de D’Alembert aplica-se as series que apresentam no seutermo geral:
- produtos
- potencias
- factoriais
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Exercıcio 25
Determine a natureza das series:
1
n 3
n 2 !
2
n3
n!
3
n 2 2n
5n
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Teorema 10 - Criterio da Raiz
Teorema
Seja un uma serie de termos nao negativos.
1 Se existir uma ordem a partir da qual n un k 1 k 0 ,entao a serie un e convergente.
2 Se existir uma ordem a partir da qual n un 1, entao a serieun e divergente.
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Corolario 1 - Criterio de Cauchy
Corolario
Seja un uma serie de termos nao negativos. Suponhamos quelim n un `
1 Se ` 1, entao un e convergente
2 Se ` 1, entao un e divergente
3 Se ` 1, nada se pode concluir quanto a natureza da serie.
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![Page 525: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/525.jpg)
Cauchy 4
4
Augustin-Louis Cauchy (1789-1857) Matematico frances. Foi um dos
fundadores da teoria dos grupos finitos. Em analise infinitesimal, criou a nocao
moderna de continuidade para as funcoes de variavel real ou complexa
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![Page 526: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/526.jpg)
Observacao
Observacao
Se lim n un 1 , entao a serie un e divergente.
Se lim n un 1 , entao nada se pode concluir quanto anatureza da serie un.
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![Page 527: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/527.jpg)
Corolario 2
Corolario
Seja un uma serie de termos nao negativos:
1 Se lim n un 1, entao un converge.
2 Se lim n un 1, entao un diverge.
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![Page 528: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/528.jpg)
Exercıcio 26
Estude a natureza das series
1 11
nn2
2
sen n
nn2
3 n2 log 11
2ntg
1
nn
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![Page 529: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/529.jpg)
Resumo
Dada a serie un, com un 0, n N
lim n un
` 1, un converge
` 1, un diverge
` 1 , un diverge
` 1 , nada se pode concluir.
lim n un e selim n un 1, un converge
lim n un, un diverge
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![Page 530: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/530.jpg)
Observacao 9
Observacao
O criterio de Cauchy aplica-se nos casos em que todos os factoresdo termo geral da serie estao elevados, pelo menos, ao expoente n,isto e, utiliza-se quando un esta elevado a
n, n2, n3, .
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![Page 531: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/531.jpg)
Criterio de Raabe
Teorema
Seja un uma serie de termos positivos tal que
lim nunun 1
1 ` (finito ou nao).
1 Se ` 1, entao un converge
2 Se ` 1, entao un diverge.
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Joseph Ludwig Raabe
Joseph L. Raabe (1801-1859) foi um dos percursores dasomabilidade das series pela media das somas parciais, metodo queutilizou para alguns tipos especiais de series.
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Observacao 10
Observacao
Se lim n unun 1
1 1 , entao nada se pode concluir quantoa natureza da serie.
Se lim n unun 1
1 1 , entao a serie un e divergente.
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Exercıcio 27
Aplicando o criterio de Raabe estude a natureza das series:
a) n 1 n
b)1 3 5 2n 1
2 4 6 2n
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![Page 535: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/535.jpg)
Exercıcio 28
Aplicando o criterio de Raabe, determine os valores de a para osquais a serie
a a 1 a 2 a n 1
n!
e convergente.
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S´eries Alternadas e S´eries de Potˆencias
Maria do Carmo Martins
Novembro de 2013
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![Page 537: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/537.jpg)
Series Alternadas
Definicao
Chama-se serie alternada a toda a serie da forma
1X
n=1
(�1)n+1
a
n
= a
1
� a
2
+ a
3
� a
4
+ · · ·+ (�1)n+1
a
n
+ · · ·
ou da forma
1X
n=1
(�1)nan
= �a
1
+ a
2
� a
3
+ a
4
+ · · ·+ (�1)nan
+ · · ·
com a
n
> 0, 8n 2 N
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Criterio de Leibniz
Para esse tipo de serie temos o seguinte criterio:
Teorema
Seja
P(�1)n+1
a
n
uma serie alternada. Se
1 lim a
n
= 0;
2 (an
) e nao crescente, isto e, a
n+1
a
n
, 8n 2 N,
entao a serie e convergente
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![Page 539: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/539.jpg)
Gottfried Wilhelm Leibniz
Gottfried Wilhelm Leibniz (1646-1716) notavel filosofo e matematico alemao que criou
e desenvolveu o Calculo Diferencial e Integral ao mesmo tempo que o matematico
ingles Isaac Newton.
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![Page 540: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/540.jpg)
Observacao
O criterio de Leibniz tambem e aplicavel as series alternadas dotipo
X(�1)na
n
,
com a
n
> 0, 8n 2 N. Porque?
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Exercıcio 1
Estude a natureza da serieX
n=2
(�1)n2n
n
2 � 1.
6 / 32
![Page 542: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/542.jpg)
Series de termos quaisquer
Definicao
Dada uma serie
Pu
n
, chama-se serie dos modulos deP
u
n
a serie X|u
n
| = |u1
|+ |u2
|+ · · ·+ |un
|+ · · ·
A serie
Pu
n
diz-se absolutamente convergente quando a
serie dos modulos,
P|u
n
|, for convergente.
A serie
Pu
n
diz-se simplesmente convergente oucondicionalmente convergente quando a serie for
convergente e a serie dos modulos,
P|u
n
|, for divergente.
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![Page 543: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/543.jpg)
Resumo
Em sıntese:
SERIE
8>>>>>>>>><
>>>>>>>>>:
Convergente
8><
>:
Absolutamente Convergente
Simplesmente Convergente
Divergente
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Teorema
Teorema
Toda a serie absolutamente convergente e convergente.
Observacao:O recıproco do teorema anterior nao e verdadeiro.
9 / 32
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Exercıcio 2
Estude o tipo de convergencia da serieP
(�1)
n
n
.
10 / 32
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Exercıcio 3
Mostre, sem recorrer ao criterio de Leibniz, que a serieP
(�1)
n
n
4
econvergente.
11 / 32
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Exercıcio 4
Mostre que sao absolutamente convergentes as series:
1
Pcos( n⇡
3
)n
2
2
Pcos n�n!
3
P(�1)
n
n
2
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Exercıcio 5
Mostre que a serieP
(�1)
n
pn
e simplesmente convergente.
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Exercıcio 6
Estude a natureza da serieP
2(�1)
n
+1
n
2
.
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Series de Potencias de (x � a)
Definicao
Chama-se serie de potencias de (x � a) a toda a expressao da
forma
1X
n=0
a
n
(x�a)n = a
0
+a
1
(x�a)+a
2
(x�a)2+ · · ·+a
n
(x�a)n+ · · ·
onde
a e um numero real fixo
a
0
, a1
, · · · , an
sao constantes reais chamadas coeficientes daseries
e x uma variavel real.
15 / 32
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Observacao
Se na definicao anterior a = 0, tem-se
1X
n=0
a
n
x
n = a
0
+ a
1
x + a
2
x
2 + · · ·+ a
n
x
n + · · ·
chamada serie de potencias de x .
As series de potencias de x sao uma generalizacao da nocaode polinomio.
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Exemplos
Sao exemplos de series de potencias:
1
1X
n=0
x
n = 1 + x + x
2 + x
3 + x
4 + · · ·+ x
n + · · ·
em que a
0
= a
1
= · · · = a
n
= · · · = 1;
2
1X
n=0
n!xn = 1 + x + 2!x2 + 3!x3 + 4!x4 + · · ·+ n!xn + · · ·
3
1X
n=0
x
n
n!= 1 + x +
x
2
2!+
x
3
3!+ · · ·+ x
n
n!+ · · ·
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Exemplo
Consideremos a serie de potencias de x :
1X
n=0
x
n = 1 + x + x
2 + x
3 + x
4 + · · ·+ x
n + · · ·| {z }serie geometrica cujo
primeiro termo e 1 e razao r = x
Atendendo a caracterizacao das series geometricas, esta seriediverge em qualquer ponto x tal que |x | � 1 e converge em todosos pontos do intervalo ]� 1, 1[. Em caso de convergencia a suasoma e S = 1
1�x
.
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Exemplo - (continuacao)
Se x = 3, tem-se
1X
n=0
3n = 1 + 3 + 32 + 33 + · · ·+ 3n + · · ·
que e uma serie geometrica com r = 3, logo divergente.
Se x = 1
2
, tem-se
1X
n=0
✓1
2
◆n
= 1 +1
2+
1
22+
1
23+ · · ·+ 1
2n+ · · ·
que e uma serie geometrica com r = 1
2
, logo convergente.
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Observacoes
1 Ao concretizarmos x na serie de potencias de x ,P
a
n
x
n,obtemos uma serie numerica que pode ser convergente oudivergente.
2 Se a serie numericaP
a
n
x
0
n, com x
0
2 R, for convergente,diz-se que a serie de potencias
Pa
n
x
n e convergente noponto x
0
.
3 O conjunto dos pontos de convergencia de uma serie e umintervalo que se pode reduzir a um ponto.
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Serie de potencias de x
De seguida abordamos o problema da determinacao do conjuntodos pontos no qual a serie
Pa
n
x
n e convergente. Assim sendo, oresultado essencial e o que se exprime no teorema seguinte:
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Serie de potencias de x
Teorema
A serie de potencias de x,
Pa
n
x
n
e:
absolutamente convergente no intervalo ]� r , r [ com
r =1
lim n
p|a
n
|, com a convencao natural de se tomar
r = 0 se lim n
p|a
n
| = +1 e
r = +1 se lim n
p|a
n
| = 0
divergente no intervalo]�1,�r [ [ ]r ,+1[
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Definicoes
Ao numero r , considerado no teorema anterior, chamamosraio de convergencia da serie de potencias de x ,
Pa
n
x
n.
Ao intervalo ]� r , r [ chamamos intervalo de convergenciada serie de potencias de x ,
Pa
n
x
n.
Ao conjunto dos valores reais que, substituıdos na serie,originam uma serie numerica convergente chamamos domıniode convergencia.
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Observacao
Note-se que o teorema esclarece a questao da convergencia dePa
n
x
n em todos os pontos x 2 R, exceto nos extremos dointervalo de convergencia, isto e nos pontos �r e r . Nestes pontosa natureza da serie nao pode ser estabelecida em termos gerais,tendo de ser estudada em cada caso.
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Exercıcio 7
Determine o domınio de convergencia das seguintes series:
1
Px
n
2
P[3 + (�1)n]n xn
3
P(nx)n
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Corolario
O raio de convergencia da serie de potencias de x ,P
a
n
x
n
, e:
r = lim
����a
n
a
n+1
���� ,
quando esse limite existe.
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Exercıcio 8
Determine o domınio de convergencia da serieX
x
n
n
.
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Serie de potencias de (x � a)
No caso da serie1X
n=0
a
n
(x � a)n como determinar
o raio de convergencia?
o intervalo de convergencia?
e domınio de convergencia?
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Serie de potencias de (x � a) - continuacao
Consideremos a serie de potencias de (x � a),P1
n=0
a
n
(x � a)n.Atendendo a que
X
n=0
a
n
(x � a)n X
n=0
|an
(x � a)n| ,
a serie dos modulos podemos aplicar o Criterio da razao (ou daraiz) impondo a condicao de convergencia. Deste modo, temos:
limn!+1
����a
n+1
(x � a)n+1
a
n
(x � a)n
���� < 1
limn!+1
����a
n+1
a
n
����
����(x � a)n+1
x � a)n
���� < 1
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Serie de potencias de (x � a) - continuacao
limn!+1
����a
n+1
a
n
���� |x � a| < 1
Fazendo lim���an+1
a
n
��� = 1
r
e substituindo na ultima desigualdade, vem:
1
r
|x � a| < 1 , |x � a| < r , a� r < x < a+ r ,
onde r e o raio de convergencia.
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Exercıcio 9
Confirme o resultado anterior, pelo criterio de Cauchy.
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Exercıcio 10
Determine o domınio de convergencia da serieX (�1)n(x + 1)n
3nn2.
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Primitivac˜ao
Maria do Carmo Martins
Novembro de 2013
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Poema de Luıs Soares
Cada reta e um caminho interrompidoQue curvaNo desconhecido.
Nenhuma reta se tracaEntre quem ama e quem nao amaA geometria do amor e nao-euclidiana.
De variaveis imaginadasA vida e complexa funcao.A sua primitiva permanece incognitaPresa de irresoluvel equacao.
O matematico e um poetaQue pintaSem paleta.
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Primitiva
Definicao
Seja I um intervalo de R nao degenerado (isto e, com mais de umponto) e f : I R. Diz-se que F e uma primitiva de f em I seF : I R e tal que
F x f x , x I .
Nestas condicoes, diz-se que f e primitivavel.
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Exemplo 1
A funcao F x x
3
3 e uma primitiva de f x x2 em R, pois paracada x R,
F x3x2
3x2.
Notemos que esta nao e a unica primitiva de f em R.Efetivamente, sendo c uma constante a funcao
F x cx3
3c
e tambem uma primitiva de f , uma vez que
F x c F x 0 f x , x R.
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Observacao 1
Seja I um intervalo de R, f : I R e c R. Se F e uma primitivade f em I , entao
F c
e tambem uma primitiva de f em I . Conclui-se deste modo que, sef admite uma primitiva em I , entao admite uma infinidade deprimitivas em I . O problema da primitivacao e assim um problemaindeterminado.
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Observacao 2
Se F1 e F2 sao duas primitivas de f em I , entao
F1 F2 F1 F2 f f 0.
Assim, F1 F2 e uma funcao constante em I . Portanto, sendo Fuma primitiva de f em I , entao todas as primitivas de f em I saoda forma F c , com c R. Diz-se que,
F x c
e a expressao geral das primitivas de f nesse intervalo, sendo cuma constante.
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Observacao 3
Sera que toda a funcao e primitivavel?
Notemos que nem toda a funcao e primitivavel. Por exemplo, afuncao de Heaviside h : R R definida por
h x
0, se x 0
1, se x 0
nao e primitivavel em R, uma vez que se o fosse, qualquerprimitiva H restringida ao intervalo 0, seria da forma x c ,com c R. Por outro lado, tambem a restricao de H ao intervalo
, 0 seria da forma k , com k R. Portanto,
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Observacao 3 - continuacao
H x
k , se x 0
x c , se x 0
Como facilmente se verifica, a funcao H nao tem derivada emx 0 independentemente do valor dado a H 0 . Assim, H nao euma primitiva de h em R, pelo que h nao e primitivavel.
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Exercıcio 1
Determine a equacao de uma curva G , sabendo que G x x eG 0 1. Interprete geometricamente o problema.
(R: G x x
2
2 1)
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Notacao
Sendo f uma funcao primitivavel (num dado intervalo que muitasvezes nao sera necessario especificar) usaremos o sımbolo
f ou f x dx ,
para designar o conjunto de todas as primitivas de f (no intervaloconsiderado). Assim, pelo que ja foi dito
f x dx F x c , com c R.
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Observacao 4
Geometricamente, o integral indefinido representa uma famılia decurvas em relacao as quais se passa de uma para outra efetuandouma translacao que pode ser no sentido positivo ou negativo doeixo Oy .
Os graficos das primitivas de uma funcao f sao chamados curvasintegrais de f .
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Observacao 5
Por simplificacao, dx e, as vezes, absorvido pela funcao a integrar.Por exemplo:
1 dx pode ser escrito como dx
1
x2dx pode ser escrito como
dx
x2
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Teorema 1
Teorema1 Uma constante pode mover-se atraves do sinal de integracao,
isto e
c f x dx c f x dx
2 O integral de uma soma e a soma dos integrais, isto e,
f x g x dx f x dx g x dx
3 O integral de uma diferenca e a diferenca dos integrais, isto e,
f x g x dx f x dx g x dx
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![Page 581: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/581.jpg)
Observacao 6
So e possıvel passar para fora do sinal de integracao fatoresconstantes. Refira-se que:
2x
x2 5dx nao e o mesmo que 2x
dx
x2 5
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Primitivacao Imediata
Como ja foi referido, a operacao de primitivacao e inversa da dederivacao. Isto significa que, as regras de primitivacao sao obtidasinvertendo-se as de derivacao. As primitivas que sao determinadasaplicando simplesmente essas regras sao denominadas porprimitivas imediatas. Vejamos alguns exemplos:
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Funcao Constante
k dx kx c , com k constante, para todo o x R, e c R
Exemplo 2:
1 2 dx 2 dx 2x c
2 5 dx 5 dx 5 x c
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Exercıcio 2
Calcule:
e7 13 ⇡ 9100 dx
(R: e7 13 ⇡ 9100x c , com c R)
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Potencia
xm dxxm 1
m 1c , com m R 1 , para todo o x R .
Generalizacao:
f m x f x dxf m 1 x
m 1c ,
para m R 1 , em qualquer intervalo de R onde f ediferenciavel e f x 0.
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Exemplo 3
1 x5 dx x
5 1
5 1 c x
6
6 c
2 x2 5 3
f
m
2x
f
dxx2 5 3 1
3 1c
x2 5 4
4c
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Exercıcio 3
Calcule:
x17 10x18 ⇡6dx
(R: 1180 7 10x18 ⇡
7c , com c R)
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Logaritmo
x 1dx
1
xdx ln x c ,
em qualquer intervalo de R que nao contenha o ponto x 0.
Generalizacao:
f x
f xdx ln f x c ,
em qualquer intervalo de R onde f e diferenciavel e f x 0.
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Exemplo 4
1 5 x 1dx 1
5 x
dx ln 5 x c
2ex 6
1 exdx
e6ex
1 exdx e6 ln 1 ex c
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Exercıcio 4
Calcule:
1
x ln xdx
(R: ln ln x c , com c R)
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Exponencial de base e
ex dx ex c ,
para todo o x R.
Generalizacao:
ef x f x dx ef x c ,
em qualquer intervalo de R onde f e diferenciavel.
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Exemplo 5
1 e4x dx 14 e4x 4 dx 1
4 e4x c
2 ex
3dx 3 e
x
31
3dx 3 e
x
3 c
25 / 105
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Exercıcio 5
Calcule:
x5 ex6dx
(R: 16 ex
6c , com c R)
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Exponencial
ax dxax
ln ac ,
com a R 1 , para todo o x R.
Generalizacao:
af x f x dxaf x
ln ac ,
com a R 1 , em qualquer intervalo de R onde f ediferenciavel.
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Exemplo 6
1 5x dx 1ln 5 5x ln 5dx 5x
ln 5 c
2 23x dx1
3 ln 223x 3 ln 2 dx
23x
3 ln 2c
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Exercıcio 6
Calcule:
x5 9x6 3
dx
(R: 16 ln 9 9x
2 3 c , com c R)29 / 105
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Funcao Cosseno
cos x dx sen x c ,
para todo o x R.
Generalizacao:
f x cos f x dx sen f x c ,
em qualquer intervalo de R onde f e diferenciavel.
30 / 105
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Exemplo 7
x2 cos x3 dx
1
33x2 cos x3 dx
1
3sen x3 c
31 / 105
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Exercıcio 7
Calcule:
2x cos 2x dx
(R: 1ln 2 sen 2x c , com c R)
32 / 105
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Funcao Seno
sen x dx cos x c ,
para todo o x R.
Generalizacao:
f x sen f x dx cos f x c ,
em qualquer intervalo de R onde f e diferenciavel.
33 / 105
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Exemplo 8
x2 1 sen x3 3x
x3 3xdx
x2 1
x3 3xsen x3 3x dx
2
3
3 x2 1
2 x3 3xsen x3 3x dx
2
3cos x3 3x c
34 / 105
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Exercıcio 8
Calcule:
sen arctg x
1 x2dx
(R: cos arctg x c , com c R)35 / 105
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Secante ao quadrado
sec2 x dx tg x c ,
em qualquer intervalo de R que nao contenha pontos ⇡2 k⇡ com
k Z.
Generalizacao:
f x sec2 f x dx tg f x c ,
em qualquer intervalo de R onde f e diferenciavel e cos f x 0.
36 / 105
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Exemplo 9
2x 1
cos2 x2 xdx
2x 11
cos2 x2 xdx
2x 1 sec2 x2 x dx
tg x2 x c
37 / 105
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Exercıcio 9
Calcule
e3x sec2 e3x dx
(R: 13 tg e3x c , com c R)
38 / 105
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Cossecante ao quadrado
cosec
2x dx cotg x c ,
em qualquer intervalo de R que nao contenha nenhum dos pontosk⇡ com k Z.
Generalizacao:
f x cosec
2 f x dx cotg f x c ,
em qualquer intervalo de R onde f e diferenciavel e sen f x 0.
39 / 105
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Exemplo 10
1
sen
2 8xdx
1
88 cosec
2 8x dx
1
8cotg 8x c
40 / 105
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Exercıcio 10
Calcule:
cosec
2 x
xdx
(R: 2 cotg x c , com c R)41 / 105
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Secante tangente
sec x tg x dx sec x c
Generalizacao:
f x sec f x tg f x dx sec f x c ,
em qualquer intervalo de R onde f e diferenciavel e cos f x 0.
42 / 105
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Exemplo 11
sen x
x cos2 xdx
1
x
1
cos x
sen x
cos xdx
21
2 xsec x tg x dx
2 sec x c
43 / 105
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Exercıcio 11
Calcule:
sec 4x tg 4x dx
(R: 14 sec 4x c , com c R)
44 / 105
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Cossecante cotangente
cosec x cotg x dx cosec x c .
Generalizacao:
f x cosec f x cotg f x dx cosec f x c ,
em qualquer intervalo de R onde f e diferenciavel e sen f x 0.
45 / 105
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Exemplo 12
x cosec x2 cotg x2 dx
1
22x cosec x2 cotg x2 dx
1
2cosec x2 c
46 / 105
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Exercıcio 12
Calcule:cosec x cotg x
xdx
(R: 2 cosec x c , com c R)
47 / 105
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Cotangente
cos x
sen xdx cotg x dx ln sen x c
Generalizacao:
f x cotg f x dx ln sen f x c ,
em qualquer intervalo de R onde f e diferenciavel e sen f x 0.
48 / 105
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Exemplo 13
dx
tg
x
5
cotg
x
5dx
515 cos
x
5
sen
x
5
dx
5 ln sen x c
49 / 105
![Page 617: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/617.jpg)
Exercıcio 13
Calcule:
x3 cos x4
sen x4dx
(R: 14 ln sen x4 c , com c R)
50 / 105
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Tangente
sen x
cos xdx tg x dx ln cos x c
Generalizacao:
f x tg f x dx ln cos f x c ,
em qualquer intervalo de R onde f e diferenciavel e cos f x 0.
51 / 105
![Page 619: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/619.jpg)
Exemplo 14
x tg x2 1 dx
xsen x2 1
cos x2 1dx
1
22x
sen x2 1
cos x2 1dx
1
22x
sen x2 1
cos x2 1dx
1
2ln cos x2 1 c
52 / 105
![Page 620: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/620.jpg)
Exercıcio 14
Calcule:
tg x
xdx
(R: 2 ln cos x4 c , com c R)53 / 105
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Secante
sec x dx ln sec x tg x c
sec x dx ln tg
⇡
4
x
2c ,
em qualquer intervalo de R que nao contenha nenhum dos pontos⇡2 k⇡ com k Z.
Generalizacao:
f x sec f x dx ln sec f x tg f x c
f x sec f x dx ln tg
⇡
4
f x
2c ,
em qualquer intervalo de R onde f e diferenciavel e cos f x 0.
54 / 105
![Page 622: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/622.jpg)
Exemplo 15
x2 sec x3 2 dx
1
33x2 sec x3 2 dx
1
3ln sec x3 2 tg x3 2 c
Ou
x2 sec x3 2 dx
1
3ln tg
⇡
4
x3 2
2c
55 / 105
![Page 623: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/623.jpg)
Exercıcio 15
Calcule:
sec x
xdx
(R: 2 ln sec x tg x c
ou 2 ln tg
⇡4
x
2 c , com c R)56 / 105
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Cossecante
cosec x dx ln cosec x cotg x c
cosec x dx ln tg
x
2c ,
em qualquer intervalo de R que nao contenha nenhum dos pontosk⇡ com k Z.
Generalizacao:
f x cosec f x dx ln cosec f x cotg f x c
f x cosec f x dx ln tg
f x
2c ,
em qualquer intervalo de R onde f e diferenciavel esen f x 0.
57 / 105
![Page 625: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/625.jpg)
Exemplo 16
x3 cosec x4 20 dx
1
44x3 cosec x4 20 dx
1
4ln cosec x4 20 cotg x4 20 c
Ou
x3 cosec x4 20 dx
1
4ln tg
x4 20
2c
58 / 105
![Page 626: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/626.jpg)
Exercıcio 16
Calcule:
cosec x
xdx
(R: 2 ln cosec x cotg x c
ou 2 ln tg
x
2 c , com c R)59 / 105
![Page 627: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/627.jpg)
Cosseno hiperbolico
cosh x dx senh x c
Generalizacao:
f x cosh f x dx senh f x c ,
em qualquer intervalo onde f e diferenciavel.
60 / 105
![Page 628: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/628.jpg)
Exemplo 17
cosh 1x
3
x4dx
1
3
3
x4cosh
1
x3dx
1
3senh
1
x3c
61 / 105
![Page 629: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/629.jpg)
Exercıcio 17
Calcule:
2x cosh 2x dx
(R: 1ln 2 senh 2x c , com c R)
62 / 105
![Page 630: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/630.jpg)
Seno hiperbolico
senh x dx cosh x c
Generalizacao:
f x senh f x dx cosh f x c ,
em qualquer intervalo onde f e diferenciavel.
63 / 105
![Page 631: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/631.jpg)
Exemplo 18
1
cosech
3 xx
23dx
1
33x
23senh
3 x dx
3 cosh 3 x c
64 / 105
![Page 632: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/632.jpg)
Exercıcio 18
Calcule:
ln x senh ln2 x
xdx
(R: 12 cosh ln2 x c , com c R)
65 / 105
![Page 633: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/633.jpg)
Secante hiperbolica
sech
2x dx tgh x c
Generalizacao:
f x sech
2 f x dx tgh f x c ,
em qualquer intervalo onde f e diferenciavel.
66 / 105
![Page 634: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/634.jpg)
Exemplo 19
1
x cosh2 xdx
21
2 xsech
2 x dx
2 tgh x c
67 / 105
![Page 635: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/635.jpg)
Exercıcio 19
Calcule:
x2 sech 2 x3 dx
(R: 13 tgh x3 c , com c R)
68 / 105
![Page 636: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/636.jpg)
Cossecante hiperbolica
cosech
2x dx cotgh x c ,
para todo o x R 0 .
Generalizacao:
f x cosech
2 f x dx cotgh f x c ,
em qualquer intervalo onde f e diferenciavel e senh f x 0.
69 / 105
![Page 637: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/637.jpg)
Exemplo 20
1
x senh
2 xdx
21
2 xcosech
2 x dx
2 cotgh x c
70 / 105
![Page 638: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/638.jpg)
Exercıcio 20
Calcule:
cosech
2 2x dx
(R: 12 cotgh 2x c , com c R)
71 / 105
![Page 639: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/639.jpg)
Secante tangente hiperbolicas
sech x tgh x dx sech x c
Generalizacao:
f x sech f x tgh f x dx sech f x c ,
em qualquer intervalo onde f e diferenciavel.
72 / 105
![Page 640: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/640.jpg)
Exemplo 21
senh x 1
cosh2 x 1dx
1
cosh x 1
senh x 1
cosh x 1dx
sech x 1 tgh x 1 dx
sech x 1 c
73 / 105
![Page 641: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/641.jpg)
Exercıcio 21
Calcule
5x sech 5x tgh 5x dx
(R: 1ln 5 sech 5x c , com c R)
74 / 105
![Page 642: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/642.jpg)
Cosecante cotangente hiperbolicas
cosech x cotgh x dx cosech x c ,
para todo o x R 0 .
Generalizacao:
f x cosech f x cotgh f x dx cosech f x c ,
em qualquer intervalo onde f e diferenciavel e senh f x 0
75 / 105
![Page 643: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/643.jpg)
Exemplo 22
cos 2x cotgh sen 2x cosech sen 2x dx
1
22 cos 2x cotgh sen 2x cosech sen 2x dx
1
2cosech sen 2x c
76 / 105
![Page 644: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/644.jpg)
Exercıcio 22
Calcule:
cosh 6x
senh
2 6xdx
(R: 16 cosech 6x c , com c R)
77 / 105
![Page 645: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/645.jpg)
cotangente hiperbolica
cotgh x dxcosh x
senh xdx ln senh x c ,
para todo o x R 0 .
Generalizacao:
f x cotgh f x dx ln senh f x c ,
em qualquer intervalo onde f e diferenciavel e senh f x 0.
78 / 105
![Page 646: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/646.jpg)
Exemplo 23
dx
tgh 7x
1
7
7 cosh 7x
senh 7xdx
1
7ln senh x c
79 / 105
![Page 647: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/647.jpg)
Exercıcio 23
Calcule:
x3 senh x4
cosh x4dx
(R: 14 ln cosh x4 c , com c R)
80 / 105
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Tangente hiperbolica
tgh x dxsenh x
cosh xdx ln cosh x c
Generalizacao:
f x tgh f x dx ln cosh f x c ,
em qualquer intervalo onde f e diferenciavel.
81 / 105
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Exemplo 24
tgh x
xdx
21
2 x
senh x
cosh xdx
2 ln cosh x c
82 / 105
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Exercıcio 24
Calcule:
x tgh x2 1 dx
(R: 12 ln cosh x2 1 c , com c R)
83 / 105
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Secante hiperbolica
sech x dx arctg senh x c
sech x dx 2 arctg ex c .
Generalizacao:
f x sech f x dx arctg senh f x c
f x sech f x dx 2 arctg ef x c ,
em qualquer intervalo onde f e diferenciavel84 / 105
![Page 652: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/652.jpg)
Cossecante hiperbolica
cosech x dx ln tgh
x
2c
cosech x dx 2 arccotgh ex c
cosech x dx ln cosech x cotgh x c
85 / 105
![Page 653: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/653.jpg)
Cossecante hiperbolica - continuacao
Generalizacao:
f x cosech f x dx ln tgh
f x
2c
f x cosech f x dx 2 arccotgh ef x c
f x cosech f x dx ln cosech f x cotgh f x c ,
em qualquer intervalo onde f e diferenciavel e senh f x 0.
86 / 105
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Expressao da forma 1 1 x
2
1
1 x2dx arcsen x c , para todo o x 1, 1 .
Generalizacao:
f x
1 f 2 xdx arcsen f x c , em qualquer intervalo onde
f e diferenciavel e f x 1.
87 / 105
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Exemplo 25
ex
1 4e2xdx
ex
1 2ex 2dx
1
2
2ex
1 2ex 2dx
1
2arcsen 2ex c
88 / 105
![Page 656: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/656.jpg)
Exercıcio 25
Calcule:
3x
16 25x4dx
(R: 310 arcsen
5x2
4 c , com c R)89 / 105
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Expressao da forma 1 1 x
2
1
1 x2dx arccos x c , para todo o x 1, 1 .
Generalizacao:
f x
1 f 2 xdx arccos f x c , em qualquer intervalo
onde f e diferenciavel e f x 1.
90 / 105
![Page 658: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/658.jpg)
Expressao da forma 1 1 x
2
1
1 x2dx arctg x c
Generalizacao:
f x
1 f 2 xdx arctg f x c , em qualquer intervalo onde f
e diferenciavel.
91 / 105
![Page 659: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/659.jpg)
Exemplo 26
5x
9 x4dx
5x9
9 x
4
9
dx
5x9
1 x
4
9
dx
5x9
1 x
2
3
2 dx
5
6
2x3
1 x
2
3
2 dx
5
6arctg
x2
3c
92 / 105
![Page 660: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/660.jpg)
Exercıcio 26
Calcule:
1
x2 x 1dx
(R: 23arctg
2x 13
c , com c R)93 / 105
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Expressao da forma 1 1 x
2
1
1 x2dx arccotg x c
Generalizacao:
f x
1 f 2 xdx arccotg f x c , em qualquer intervalo
onde f e diferenciavel.
94 / 105
![Page 662: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/662.jpg)
Expressao da forma 1 1 x
2
1
1 x2dx arcsenh x c , para todo o x R.
Generalizacao:
f x
1 f 2 xdx arcsenh f x c , em qualquer intervalo
onde f e diferenciavel.
95 / 105
![Page 663: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/663.jpg)
Exemplo 27
e2x
1 16e4xdx
e2x
1 4e2x 2dx
1
8
8e2x
1 4e2x 2dx
1
8arcsenh 4e2x c
96 / 105
![Page 664: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/664.jpg)
Exercıcio 27
Calcule:
3x
16 25x4dx
(R: 310 arcsenh
5x2
4 c , com c R)97 / 105
![Page 665: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/665.jpg)
Expressao da forma 1 x
2 1
1
x2 1dx arccosh x c , para todo o x 1.
Generalizacao:
f x
f 2 x 1dx arccosh f x c , em qualquer intervalo
onde f e diferenciavel.
98 / 105
![Page 666: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/666.jpg)
Exemplo 28
ex
4e2x 1dx
ex
2ex 2 1dx
1
2
2ex
2ex 2 1dx
1
2arccosh 2ex c
99 / 105
![Page 667: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/667.jpg)
Exercıcio 28
Calcule:3x
25x4 16dx
(R: 310 arccosh
5x2
4 c , com c R)
100 / 105
![Page 668: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/668.jpg)
Expressao da forma 1 1 x
2
1
1 x2dx arctgh x c
1
1 x2dx arccotgh x c
Generalizacao:
f x
1 f 2 xdx arctgh f x c
f x
1 f 2 xdx arccotgh f x c ,
em qualquer intervalo onde f e diferenciavel.
101 / 105
![Page 669: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/669.jpg)
Exemplo 29
5x
9 x4dx
5x
9 1 x
4
9
dx
1
9
5x
1 x
2
3
2 dx
5
2 3
2x3
1 x
2
3
2 dx
5
6arctgh
x2
3c
ou 5x9 x
4 dx56 arccotgh
x
2
3 c 102 / 105
![Page 670: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/670.jpg)
Exercıcio 29
Calcule:
x3
36 x8dx
(R: 124 arctgh
x
4
6 c ou 124 arccotgh
x
4
6 c , com c R )
103 / 105
![Page 671: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/671.jpg)
Observacao 7
Seja m N. Se f1, f2, . . . , fm sao m funcoes primitivaveis numintervalo I , entao qualquer combinacao linear k1f1 k
m
fm
,(com k1, . . . , km R), tambem e primitivavel em I , tendo-se
k1f1 km
fm
dx k1 f1 dx km
fm
dx .
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![Page 672: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/672.jpg)
Exemplo 30
x2
1 x3x
4 x2dx
x2
1 x3dx
x
4 x2dx
1
3
3x2
1 x3dx x 4 x2
12dx
1
3ln 1 x3
1
22x 4 x2
12dx
1
3ln 1 x3
1
2
4 x212 1
12 1
c
1
3ln 1 x3 4 x2 c
105 / 105
![Page 673: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/673.jpg)
Primitivac˜ao Por Partes
Maria do Carmo Martins
Dezembro de 2013
1 / 19
![Page 674: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/674.jpg)
Introducao
O Metodo de Primitivacao por partes e o metodo deprimitivacao do produto.
Este metodo geral e consequencia imediata da regra de derivacaodo produto. Sendo f e g duas funcoes diferenciaveis no intervalo I ,sabemos que
(fg)0 = f
0g + fg
0.
Sendo o primeiro membro integravel em I , se algum dos produtosdo segundo membro for primitivavel o outro tambem sera.
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![Page 675: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/675.jpg)
Teorema - Formula do metodo de primitivacao por partes
Sejam f e g sao funcoes diferenciaveis no intervalo I . Entao oproduto f
0g e primitivavel em I se, e so se, fg 0 o for, tendo-se
Zf
0(x)g(x) dx = f (x)g(x)�Z
f (x)g 0(x) dx .
3 / 19
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Observacao
Na pratica procura-se decompor a funcao a primitivar num produtode dois fatores, em que um dos quais, pelo menos, e necessariosaber primitivar (esse fator corresponde a funcao f
0). Este metodoresulta se soubermos tambem primitivar o produto fg
0.
4 / 19
![Page 677: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/677.jpg)
Exemplo 1
P =
Zx ln x| {z }
f
0 = x f = x
2
2g = ln x g
0 = 1x
dx
P =x
2
2ln x �
Z1
6 x6 x2
2dx =
=x
2
2ln x � 1
2
Zx dx =
=x
2
2ln x � x
2
4+ c
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![Page 678: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/678.jpg)
Exemplo 2
P =
Zx e
x
|{z}f
0 = e
x
f = e
x
g = x g
0 = 1
dx
P = xe
x �Z
e
x dx =
= xe
x � e
x + c =
= e
x(x � 1) + c
6 / 19
![Page 679: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/679.jpg)
Exemplo 3
P =
Zln x dx =
Z1⇥ ln x| {z }
f
0 = 1 f = x
g = ln x g
0 = 1x
dx
P = x ln x �Z
1
6 x 6 x dx =
= x ln x �Z
dx =
= x ln x � x + c .
7 / 19
![Page 680: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/680.jpg)
Exemplo 4
P =
Zarctg x dx =
Z1⇥ arctg x| {z }
f
0 = 1 f = x
g = arctg x g
0 = 11+x
2
dx
P = x arctg x �Z
x
1 + x
2dx =
= x arctg x � 1
2
Z2x
1 + x
2dx =
= x arctg x � 1
2ln(1 + x
2) + c =
= x arctg x � lnp
1 + x
2 + c
8 / 19
![Page 681: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/681.jpg)
Exemplo 5
P =
Zx
3e
x
| {z }f
0 = e
x
f = e
x
g = x
3g
0 = 3x2
dx
P = x
3e
x �Z
3x2ex dx =
= x
3e
x � 3
Zx
2e
x
| {z }f
0 = e
x
f = e
x
g = x
2g
0 = 2x
dx
P = x
3e
x � 3
x
2e
x � 2
Zx e
x dx
�
9 / 19
![Page 682: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/682.jpg)
Exemplo 5 - continuacao
P = x
3e
x � 3x2ex + 6
Zx e
x
|{z}f
0 = e
x
f = e
x
g = x g
0 = 1
dx
P = x
3e
x � 3x2ex + 6
xe
x �Z
e
x dx
�=
= x
3e
x � 3x2ex + 6xex � 6ex + c .
10 / 19
![Page 683: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/683.jpg)
Exemplo 6
P =
Ze
x cos x| {z }f
0 = cos x f = sen xg = e
x
g
0 = e
x
dx
P = e
xsen x �Z
e
x sen x| {z }f
0 = sen x f = � cos xg = e
x
g
0 = e
x
dx =
= e
xsen x ��e
x cos x �Z
�e
x cos x dx
�=
= e
xsen x + e
x cos x �Z
e
x cos x dx .
11 / 19
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Exemplo 6 - continuacao
Assim, tem-seZ
e
x cos x dx = e
x(sen x + cos x)�Z
e
x cos x dx ,
, 2
Ze
x cos x dx = e
x(sen x + cos x) + c1 ,
,Z
e
x cos x dx =e
x
2(sen x + cos x) + c .
12 / 19
![Page 685: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/685.jpg)
Exemplo 7
P =
Zsen 2
x dx =
Zsen x sen x| {z }
f
0 = sen x f = � cos xg = sen x g
0 = cos x
dx
P = �sen x cos x �Z
� cos x cos x dx =
= �sen x cos x +
Zcos2 x dx =
= �sen x cos x +
Z(1� sen 2
x) dx =
= �sen x cos x + x �Z
sen 2x dx .
13 / 19
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Exemplo 7 - continuacao
Tem-se entao
Zsen 2
x dx = �sen x cos x + x�Z
sen 2x dx ,
, 2
Zsen 2
x dx = �sen x cos x + x + c1 ,
,Z
sen 2x dx = �1
2sen x cos x +
x
2+ c ,
,Z
sen 2x dx = �1
4sen (2x) +
x
2+ c .
14 / 19
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Observacao
Notemos que o exemplo anterior pode ser resolvido da forma:
1
Zsen 2
x dx =
Z1 · sen 2
x| {z }f
0 = 1 f = x
g = sen 2x g
0 = 2sen x cos x
dx = · · ·
2Rsen 2
x dx =
Z1� cos(2x)
2dx = · · ·
15 / 19
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Exemplo 8
Sendo n 2 N, com n � 2, calculeRcosn x dx .
P =
Zcosn x dx =
Zcosn�1
x cos x| {z }f
0 = cos x f = sen xg = cosn�1
x g
0 = �(n � 1) cosn�2 sen x
dx
P = cosn�1x sen x �
Z(n � 1) cosn�2
x(�sen x)sen x dx =
= cosn�1x sen x + (n � 1)
Zcosn�2
x sen 2x dx =
= cosn�1x sen x + (n � 1)
Zcosn�2
x (1� cos2 x) dx
16 / 19
![Page 689: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/689.jpg)
continuacao do exemplo 8
P = cosn�1x sen x + (n � 1)
Rcosn�2
x dx � (n � 1)Rcosn x dx
Assim, tem-se:
Zcosn x dx = cosn�1
x sen x + (n � 1)
Zcosn�2
x dx�
�(n � 1)
Zcosn x dx ,
, n
Zcosn x dx = cosn�1
x sen x + (n � 1)
Zcosn�2
x dx ,
,Z
cosn x dx =1
n
cosn�1x sen x +
✓1� 1
n
◆Zcosn�2
x dx
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Alguns criterios para a escolha de f 0 e g
Funcao f
0g
f (x) ex e
x
f (x)
f (x) sen x sen x f (x)
f (x) cos x cos x f (x)
f (x) arctg x f (x) arctg xf (x) log x f (x) log x
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Exercıcios propostos:
Calcule:
1
Zx arcsen xp
1� x
2dx ;
2
Zx sen 2
⇣x
2
⌘dx ;
3
Zsen x cos(3x) dx ;
4
Z(1� x)e1+2x dx ;
5
Ze
�xsen (3x) dx .
19 / 19
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Regras Pr´aticas Para PrimitivarPotˆencias de Func˜oes Circulares e
Hiperb´olicas
Maria do Carmo Martins
Dezembro 2013
1 / 17
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Potencias pares de sen x , cos x , senh x ou cosh x
Passa-se para o angulo duplo atraves das formulas:
sen
2x
1 cos 2x
2
cos
2x
1 cos 2x
2
senh
2x
cosh 2x 1
2
cosh
2x
cosh 2x 1
2
2 / 17
![Page 694: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/694.jpg)
Exercıcio 1
Calcule:
1cos
24x dx
2senh
46x dx
3 / 17
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Resolucao do exercıcio 1.1
cos
24x dx
1 cos 8x
2
dx
1
2
dx
1
2
cos 8x dx
x
2
dx
1
2 8
8 cos 8x dx
x
2
dx
1
16
sen 8x c
4 / 17
![Page 696: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/696.jpg)
Potencias ımpares de sen x , cos x , senh x ou cosh x
Destaca-se uma unidade a potencia ımpar e o fator resultante
passa-se para a co-funcao atraves das formulas:
sen
2x cos
2x 1
cosh
2x senh
2x 1
5 / 17
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Exercıcio 2
Calcule:
1sen
3x dx
2cosh
5x dx
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Resolucao do Exercıcio 2.1
sen
3x dx
sen x sen
2x dx
sen x 1 cos
2x dx
sen x dx sen x
f
cos
2x
f m
dx
cos x
cos
2 1x
2 1
c
cos x
1
3
cos
3x c
7 / 17
![Page 699: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/699.jpg)
Potencias pares ou ımpares de tg x , cotg x , tgh x oucotgh x
Destaca-se tg
2x , cotg
2x , tgh
2x ou cotgh
2x e aplica-se uma das
formulas:
tg
2x sec
2x 1
cotg
2x cosec
2x 1
tgh
2x 1 sech
2x
cotgh
2x 1 cosech
2x
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![Page 700: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/700.jpg)
Exercıcio 3
Calcule:
1tg
3x dx
2cotg
3x dx
3tgh
4x dx
4cotgh
4x dx
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![Page 701: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/701.jpg)
Resolucao do Exercıcio 3.1
tg
3x dx
tg
2x tg x dx
sec
2x 1 tg x dx
sec
2x
f
tg x
f m
dx tg x dx
tg
2x
2
sen x
cos x
dx
tg
2x
2
ln cos x c
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![Page 702: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/702.jpg)
Potencias pares de sec x , cosec x , sech x ou cosech x
Destaca-se sec
2x , cosec
2x , sech
2x ou cosech
2x e ao fator
resultante aplica-se uma das formulas:
sec
2x 1 tg
2x
cosec
2x 1 cotg
2x
sech
2x 1 tgh
2x
cosech
2x cotgh
2x 1
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![Page 703: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/703.jpg)
Exercıcio 4
Calcule:
1cosec
4x dx
2sech
4x dx
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Resolucao do Exercıcio 4.1
cosec
4x dx
cosec
2x cosec
2x dx
1 cotg
2x cosec
2x dx
cosec
2x dx cotg
2x
f m
cosec
2x dx
cosec
2x dx cotg
2x
f m
cosec
2x
f
dx
cotg x dx
cotg
3x
3
c
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![Page 705: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/705.jpg)
Potencias ımpares de sec x , cosec x , sech x ou cosech x
Destaca-se sec
2x , cosec
2x , sech
2x ou cosech
2x e primitiva-se por
partes comecando por este fator.
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![Page 706: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/706.jpg)
Exercıcio 5
Calcule:
1sec
3x dx
2cosech
3x dx
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![Page 707: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/707.jpg)
Resolucao do Exercıcio 5.1
sec
3x dx
sec
2x sec x
PPP
f sec
2x f tg x
g sec x g sec xtg x
dx
sec x tg x sec x tg x tg x dx
sec x tg x sec x tg
2x dx
sec x tg x sec x sec
2x 1 dx
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![Page 708: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/708.jpg)
Continuacao da resolucao do Exercıcio 5.1
sec xtg x sec
3sec x dx
sec xtg x sec
3dx sec x dx
sec xtg x sec
3dx ln sec x tg x c1
Tem-se entao:
sec
3x dx sec x tg x sec
3dx ln sec x tg x c1
2 sec
3x dx sec x tg x ln sec x tg x c1
sec
3x dx
1
2
sec x tg x
1
2
ln sec x tg x c
17 / 17
![Page 709: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/709.jpg)
Primitivac˜ao de Func˜oes Racionais
Maria do Carmo Martins
Dezembro de 2013
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![Page 710: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/710.jpg)
Funcao racional
Definicao
Chama-se funcao racional a toda a funcao do tipo
D x
d x
em que D x e d x sao dois polinomios, sendo d x nao
identicamente nulo.
Uma funcao deste tipo diz-se propria se o grau do numerador for
inferior ao do denominador. Caso contrario diz-se impropria.
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![Page 711: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/711.jpg)
Quando a funcao e impropria
SeD x
d x
for uma funcao impropria, isto e, se o grau do numerador
for maior ou igual ao do denominador, efetua-se a divisao, vindo
D x d x Q x r x .
Assim,
D x
d x
Q x
r x
d x
,
sendo Q x um polinomio facilmente primitivavel.
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![Page 712: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/712.jpg)
Quando a funcao e propria
Quanto a r x
d x
, que e uma funcao propria, temos duas alternativas:
ou podemos primitiva-la imediatamente,Exemplo:
x
3
x
2 1dx x
x
x
2 1dx
x dxx
x
2 1dx
x
2
2
1
2ln x
2 1 c .
ou temos que a decompor (situacao esta que abordaremos empormenor seguidamente).
4 / 18
![Page 713: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/713.jpg)
Decomposicao de Funcoes Racionais Proprias
Sendo r x
d x
uma funcao racional propria, esta pode decompor-se
numa soma de “fracoes simples” (sendo a decomposicao unica),cujos denominadores sao divisores de d x .
Podemos considerar os seguintes casos:
1
d x admite apenas raızes reais simples.
2
d x admite raızes reais multiplas.
3
d x admite raızes reais e imaginarias (simples ou multiplas).
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![Page 714: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/714.jpg)
Raızes reais simples
Consideremos d x um polinomio de grau n com coeficientes reaise sejam x
1
, x2
, , xn
, n raızes reais distintas. Entao,
d x a
0
x x
1
x x
2
x x
n
.
Assim,
r x
d x
r x
a
0
x x
1
x x
2
x x
n
.
A fracao r x
d x
decompoe-se em n fracoes (tantas quantas as raızes)onde os numeradores sao constantes a determinar e cujosdenominadores sao os fatores da decomposicao.
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Raızes reais simples - continuacao
Tem-se portanto,
r x
d x
1
a
0
r x
x x
1
x x
2
x x
n
1
a
0
A
1
x x
1
A
2
x x
2
A
n
x x
n
n fracoes
.
A determinacao dos coeficientes A1
,A2
, ,An
podera ser feitapelo Metodo dos coeficientes indeterminados ou pela regra
do“tapa”.
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![Page 716: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/716.jpg)
Exercıcio 1
Calcule
x
x
2 5x 6dx .
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![Page 717: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/717.jpg)
Raızes reais multiplas
Consideremos r x
d x
, onde d x a
0
x a
↵x b
� com a e b
reais. Nesta decomposicao de d x em fatores, a e b sao raızesreais do polinomio, com graus de multiplicidade ↵ e �respetivamente.Neste caso, a fracao ira decompor-se na seguinte forma:
r x
d x
1
a
0
A
0
x a
↵
A
1
x a
↵ 1
A↵ 1
x a
↵ fracoes
B
0
x b
�
B
1
x b
� 1
B� 1
x b
� fracoes
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![Page 718: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/718.jpg)
Raızes reais multiplas - continuacao
onde os coeficientes
A
0
, A1
, , A↵ 1
, B0
, B1
, , B� 1
irao ser determinados pelo Metodo dos coeficientes de Taylor
(regra do “Tapa” generalizado).
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![Page 719: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/719.jpg)
Caso de uma raiz real multipla
Vejamos o caso x a ser raiz real com grau de multiplicidade ↵:
A
0
r x
d
1
x
x a
A
1
1
1!
r x
d
1
x
x a
A
2
1
2!
r x
d
1
x
x a
...
onde d
1
x e a expressao que se obtem ao suprimir a d x aexpressao (fator) x a
↵.
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![Page 720: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/720.jpg)
Exercıcio 2
Calcule
2x3 5x2 6x 2
x x 1 3
dx .
12 / 18
![Page 721: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/721.jpg)
Raızes reais ou imaginarias simples ou multiplas
Seja r x
d x
, com d x um polinomio da forma
d x a
0
x a
↵x b
�x
2
px q
�x
2
sx t
�.
Nesta decomposicao em fatores de d x :
a e b sao as raızes reais do polinomio, com graus demultiplicidade ↵ e � respetivamente;
x
2
px q e x
2
sx t so admitem raızes complexascom graus de multiplicidade � e � respetivamente.
a
0
e o coeficiente do termo de maior grau de d x
Entao a fracao r x
d x
ira decompor-se em:
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![Page 722: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/722.jpg)
Raızes reais ou imaginarias simples ou multiplas -continuacao
r x
d x
1
a
0
A
0
x a
↵
A
1
x a
↵ 1
A↵ 1
x a
B
0
x b
�
B
1
x b
� 1
B� 1
x b
P
0
x Q
0
x
2
px q
�
P� 1
x Q� 1
x
2
px q
S
0
x T
0
x
2
sx t
�
S� 1
x T� 1
x
2
sx t
14 / 18
![Page 723: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/723.jpg)
Determinacao dos coeficientes
Efetuando o segundo membro da igualdade anterior obterıamosuma fracao cujo denominador seria d x . Obrigando o numeradora ser igual a r x , determinarıamos as constantes
A
0
, A1
, ,A↵ 1
,
B
0
, B1
, ,B� 1
,
P
0
, P1
, ,P� 1
,Q0
, Q1
, ,Q� 1
,
S
0
, S1
, , S� 1
,T0
, T1
, ,T� 1
pelo Metodo dos coeficientes indeterminados.
15 / 18
![Page 724: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/724.jpg)
Observacao
Note-se que, quando os denominadores das fracoescorrespondem a raızes reais, o numerador e sempre umaconstante.
Por sua vez, quando se trata de fracoes com denominadorescorrespondentes a raızes complexas, o numerador e umpolinomio do primeiro grau.
16 / 18
![Page 725: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/725.jpg)
Exercıcio 3
Calcule1
x
3
x
dx
17 / 18
![Page 726: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/726.jpg)
Exercıcio 4
Calcule:
1
3x2
x
4 5x2 4dx ;
2
x
2
x
x
4 3x2 2dx ;
3
x
x 1 x 1 2
dx ;
4
2x2 4x 1
x
3 2x2 x
dx ;
5
x 2x2 9
2x3 3xdx ;
6
8x2 x 1
x
3
x
dx .
18 / 18
![Page 727: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/727.jpg)
Primitivac
˜
ao Por Substituic
˜
ao
Maria do Carmo Martins
Dezembro 2013
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![Page 728: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/728.jpg)
Introducao
Quando a integracao imediata nao e possıvel pode-se, muitas
vezes, submeter a funcao que se deseja integrar a transformacoes
algebricas que, efectuadas permitem utilizar os integrais imediatos.
Sao de uma grande variedade e torna-se impossıvel exemplificar
todos os casos. So a muita pratica de calculo fara ver qual a
transformacao aconselhada para cada caso.
2 / 30
![Page 729: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/729.jpg)
Mudanca de variavel
Por vezes, para determinar f x dx convem considerar x como
uma funcao de outra variavel, digamos t.
Deste modo o integrando passa a ser uma funcao de t que podera
ser mais simples de primitivar do que a funcao f inicialmente dada.
Suponhamos que pretendemos determinar f x dx no domınio D
onde f esta definida.
Seja ainda g : D D com x g t , uma funcao derivavel e
invertıvel com inversa ✓ : D D.
Entao:
f x f g t
dx dg t g t dt
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![Page 730: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/730.jpg)
Mudanca de variavel - continuacao
Deste modo,
f x dx f g t g t
g t
dt
A nova funcao integranda e pois g t f g t g t .
Se G for uma primitiva de g , teremos
f x dx g t dt G t k , k R,
onde t g
1x ✓ x . Isto e,
f x dx g t dt G ✓ x k .
4 / 30
![Page 731: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/731.jpg)
Exercıcio 1
Considere o integral
1
1 x
2dx .
a) Resolva-o pela primitivacao imediata.
b) Calcule-o recorrendo ao metodo de substituicao.
c) Indique uma outra substituicao diferente da alınea anterior.
5 / 30
![Page 732: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/732.jpg)
Exercıcio 2
Calcule
x 4
x
dx
recorrendo ao metodo de substituicao.
6 / 30
![Page 733: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/733.jpg)
Exercıcio 3
Considere o integral
x x
21 dx .
a) Resolva-o pela primitivacao imediata.
b) Calcule-o recorrendo ao metodo de substituicao.
c) Indique uma uma outra substituicao diferente da alınea anterior.
7 / 30
![Page 734: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/734.jpg)
Exercıcio 4
Considere o integral
1 x
2 dx .
a) Calcule-o recorrendo ao metodo de substituicao.
b) Indique duas outras substituicoes possıveis.
8 / 30
![Page 735: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/735.jpg)
Exercıcio 5
Considere o integral
a
2x
2 dx .
a) Calcule-o recorrendo ao metodo de substituicao.
b) Indique duas outras substituicoes possıveis.
9 / 30
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Exercıcio 6
Considere o integral
a
2x
2 dx .
a) Calcule-o recorrendo ao metodo de substituicao.
b) Indique duas outras substituicoes possıveis.
10 / 30
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Exercıcio 7
Considere o integral
x
2a
2 dx .
a) Calcule-o recorrendo ao metodo de substituicao.
b) Indique duas outras substituicoes possıveis.
11 / 30
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Exercıcio 8
Considere o integral
x
24
x
3dx .
a) Calcule-o recorrendo ao metodo de substituicao.
b) Indique uma outra substituicao possıvel.
12 / 30
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Exercıcio 9
Calcule o integral
1
1
x
dx
recorrendo ao metodo de substituicao.
13 / 30
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Exercıcio 10
Calcule o integral
1
x
22
2dx
recorrendo ao metodo de substituicao.
14 / 30
![Page 741: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/741.jpg)
Exercıcio 11
Calcule o integral
x 1
x 2 x 2
21
2 dx
recorrendo ao metodo de substituicao.
15 / 30
![Page 742: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/742.jpg)
Exercıcio 12
Calcule o integral
x
3
x
84
dx
recorrendo ao metodo de substituicao.
16 / 30
![Page 743: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/743.jpg)
Exercıcio 13
Calcule o integral
5
x
5
3x5
x
dx
recorrendo ao metodo de substituicao.
17 / 30
![Page 744: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/744.jpg)
Exercıcio 14
Calcule o integral
1
x 1x 1
1
x 1x 1
dx
recorrendo ao metodo de substituicao.
18 / 30
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Exercıcio 15
Calcule o integral
x 2
3x 2 1
dx
recorrendo ao metodo de substituicao.
19 / 30
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Exercıcio 16
Calcule o integral
1
x x
29
dx
recorrendo ao metodo de substituicao.
20 / 30
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Exercıcio 17
Calcule o integral
1
2x x
2dx
recorrendo ao metodo de substituicao.
21 / 30
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Exercıcio 18
Calcule o integral
1
1 x
13
dx
recorrendo ao metodo de substituicao.
22 / 30
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Exercıcio 19
Considere o integral
x
23
x
14
x
12
dx .
a) Resolva-o pela primitivacao imediata.
b) Calcule-o recorrendo ao metodo de substituicao.
23 / 30
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Exercıcio 20
Considere o integral
sen x
2 sen 2x
dx .
a) Resolva-o pela primitivacao imediata.
b) Calcule-o recorrendo ao metodo de substituicao.
24 / 30
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Exercıcio 21
Calcule o integral
2 sen x cos x
2 sen x
2dx
recorrendo ao metodo de substituicao.
25 / 30
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Exercıcio 22
Calcule o integral
sen x
cos
2x cos x 2
dx
recorrendo ao metodo de substituicao.
26 / 30
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Exercıcio 23
Calcule o integral
cos x
5 4 cos x
dx
recorrendo ao metodo de substituicao.
27 / 30
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Exercıcio 24
Considere o integral
senh x
1 cosh x
dx .
a) Calcule-o recorrendo ao metodo de substituicao.
b) Indique uma outra substituicao possıvel.
28 / 30
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Exercıcio 25
Calcule o integral
senh x
1 senh 2x
dx
recorrendo ao metodo de substituicao.
29 / 30
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Exercıcio 26
Calcule o integral
1 log x
1 log x x
dx
recorrendo ao metodo de substituicao.
30 / 30
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Tabela de Integrais
Sendo c 2 R, tem-se:
1.
Zdx = x+ c
2.
Zf
m
(x)f
0(x)dx =
f
m+1(x)
m+ 1
+ c, para m 6= �1
3.
Za
f(x)f
0(x) ln a dx = a
f(x)+ c, a 2 R+ \ {1}
4.
Ze
f(x)f
0(x) dx = e
f(x)+ c
5.
Zf
0(x)
f(x) ln a
dx = log
a
|f(x)|+ c, a 2 R+ \ {1} e f(x) 6= 0
6.
Zf
0(x)
f(x)
dx = ln |f(x)|+ c, f(x) 6= 0
Funcoes Circulares Diretas
7.
Zf
0(x) cos(f(x)) dx = sen (f(x)) + c
8.
Zf
0(x) sen (f(x)) dx = � cos(f(x)) + c
9.
Zf
0(x) sec
2(f(x)) dx = tg (f(x)) + c
10.
Zf
0(x) cosec
2(f(x)) dx = �cotg (f(x)) + c
11.
Zf
0(x) sec(f(x)) tg (f(x)) dx = sec(f(x)) + c
12.
Zf
0(x) cosec (f(x)) cotg (f(x)) dx = � cosec (f(x)) + c
1
![Page 758: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/758.jpg)
13.
Zf
0(x) tg (f(x)) dx =
Zf
0(x) sen (f(x))
cos(f(x))
dx = � ln | cos(f(x)) + c
14.
Zf
0(x) cotg (f(x)) dx =
Zf
0(x) cos(f(x))
sen (f(x))
dx = ln |sen (f(x)) + c
15.
Zf
0(x) sec(f(x)) dx = ln | sec(f(x)) + tg (f(x))|+ c
= ln
����tg✓f(x)
2
+
⇡
4
◆����+ c
=
1
2
ln
����1 + sen (f(x))
1� sen (f(x))
����+ c
= arccosh (sec(f(x))) + c
16.
Zf
0(x) cosec (f(x)) dx = ln |cosec (f(x))� cotg (f(x))|+ c
= ln
����tgf(x)
2
����+ c
= � arccosh (cosec (f(x))) + c
Funcoes Hiperbolicas Diretas
17.
Zf
0(x) cosh(f(x)) dx = senh (f(x)) + c
18.
Zf
0(x) senh (f(x)) dx = cosh(f(x)) + c
19.
Zf
0(x) sech
2(f(x)) dx = tgh (f(x)) + c
20.
Zf
0(x) cosech
2(f(x)) dx = � cotgh (f(x)) + c
2
![Page 759: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/759.jpg)
21.
Zf
0(x) sech (f(x)) tgh (f(x)) dx = � sech (f(x)) + c
22.
Zf
0(x) cosech (f(x)) cotgh (f(x)) dx = � cosech (f(x)) + c
23.
Zf
0(x) tgh (f(x)) dx =
Zf
0(x) senh (f(x))
cosh(f(x))
dx = ln | cosh(f(x)) + c
24.
Zf
0(x) cotgh (f(x)) dx =
Zf
0(x) cosh(f(x))
senh (f(x))
dx = ln |senh (f(x)) + c
25.
Zf
0(x) sech (f(x)) dx = arctg ( senh (f(x)) + c
= 2 arctg (e
f(x)) + c
= arcsen (tgh (f(x))) + c
= �2 arctg (e
�f(x)) + c
26.
Zf
0(x) cosech (f(x)) dx = ln |cosech (f(x))� cotgh (f(x))|+ c
= ln
����e
f(x) � 1
e
f(x)+ 1
����+ c
= ln
����tghf(x)
2
����+ c
= �1
2
ln
����cosh(f(x)) + 1
cosh(f(x))� 1
����+ c
= �2 arccotgh (e
f(x)) + c
3
![Page 760: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/760.jpg)
Funcoes Circulares Inversas
27.
Zf
0(x)p
1� f
2(x)
dx = arcsen (f(x)) + c
= � arccos(f(x)) + c
28.
Zf
0(x)
1 + f
2(x)
dx = arctg (f(x)) + c
= �arccotg (f(x)) + c
Funcoes Hiperbolicas Inversas
29.
Zf
0(x)p
1 + f
2(x)
dx = arcsenh (f(x)) + c
30.
Zf
0(x)p
f
2(x)� 1
dx = arccosh (f(x)) + c
31.
Zf
0(x)
1� f
2(x)
dx = arctgh (f(x)) + c
= arccotgh (f(x)) + c
4
![Page 761: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/761.jpg)
Outras
32. (Funcao racional)
Zdx
x
2 � a
2=
1
2a
ln
����x� a
x+ a
����+ c
= �1
a
arctgh
⇣x
a
⌘+ c
= �1
a
arccotgh
⇣x
a
⌘+ c
33. (Funcao racional)
Zdx
a
2 � x
2=
1
2a
ln
����x+ a
x� a
����+ c
= � 1
2a
ln
����x� a
x+ a
����+ c
34.
Zdxp
x
2+ a
2= arcsenh
⇣x
a
⌘+ c
= ln
⇣x+
px
2+ a
2⌘+ c
35.
Zdxp
x
2 � a
2= arccosh
⇣x
a
⌘+ c
= ln
���x+
px
2 � a
2���+ c
= � ln
���x�px
2 � a
2���+ c
36.
Zdxp
a
2 � x
2= arcsen
⇣x
a
⌘+ c
= � arccos
⇣x
a
⌘+ c
5
![Page 762: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/762.jpg)
Tabela de Primitivacao por Substituicao
A notacao R(. . . ) indica que se trata de uma funcao racional (envolvendo apenas
somas, diferencas, produtos e quocientes) do que se encontra entre parentesis.
Tipo de funcao Substituicao Restricoes
1
(x
2+ a
2)
k
x = a tg t k 2 N \ {1}(1)
P (x)
(ax
2+ bx+ c)
k
ax+
b
2
= t k 2 N \ {1}(2)
b
2 � 4ac < 0
grau de P 2k
P (x)
((x� p)
2+ q
2)
k
x = p+ qt k 2 N \ {1}(3)
grau de P 2k
x
k�1
x
2k ± a
2x
k
= at ou k 2 Q \ {1}(4)
x
k
= tg t
R(a
rx
, a
sx
, . . . ) a
mx
= t m = mdc(r, s, . . . )(5)
R(log
a
x) t = log
a
x(6)
R
x,
✓ax+ b
cx+ d
◆ p
q
,
✓ax+ b
cx+ d
◆ r
s
, . . .
!ax+ b
cx+ d
= t
m
m = mmc(q, s, . . . )(7)
R
⇣x,(ax+ b)
p
q
,(ax+ b)
r
s
, . . .
⌘ax+ b = t
m
m = mmc(q, s, . . . )(8)
R
⇣x, x
p
q
, x
r
s
, . . .
⌘x = t
m
m = mmc(q, s, . . . )(9)
R
⇣a
p
q
x
, a
r
s
x
, . . .
⌘a
x
= t
m
m = mmc(q, s, . . . )
(10)
1
![Page 763: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/763.jpg)
Tipo de funcao Substituicao Restricoes
R
⇣x,
pa
2 � b
2x
2⌘
x =
a
b
sen t ou(11)
x =
a
b
cos t ou
x =
a
b
tgh t
R
⇣x,
pa
2+ b
2x
2⌘
x =
a
b
tg t ou(12)
x =
a
b
senh t
R
⇣x,
pb
2x
2 � a
2⌘
x =
a
b
sec t ou(13)
x =
a
b
cosh t
R
⇣x,
px,
pa� bx
⌘x =
a
b
sen
2ou(14)
x =
a
b
cos
2t
R
⇣x,
px,
pa+ bx
⌘x =
a
b
tg
2t(15)
R
⇣x,
px,
pbx� a
⌘x =
a
b
sec
2t(16)
R
⇣x,
pax
2+ bx+ c
⌘ pax
2+ bx+ c = x
pa+ t a > 0(17)
R
⇣x,
pax
2+ bx+ c
⌘ pax
2+ bx+ c = xt+
pc c > 0(18)
x
m
(a+ bx
n
)
p
q
a+ bx
n
= t
q
m+ 1
n
2 Z(19)
x
m
(a+ bx
n
)
p
q
a+ bx
n
= x
n
t
m+ 1
n
+
p
q
2 Z(20)
R(sen x, cos x) tg
x
2
= t entao(21)
senx =
2t
1 + t
2e
cosx =
1� t
2
1 + t
2
2
![Page 764: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/764.jpg)
Tipo de funcao Substituicao Restricoes
R(sen x, cos x) com R(u,w) cosx = t(22)
uma funcao ımpar na variavel
u, isto e, R(�u,w) = �R(u,w)
R(sen x, cos x) com R(u,w) senx = t(23)
uma funcao ımpar na variavel
w, isto e, R(u,�w) = �R(u,w)
R(sen x, cos x) com R(u,w) uma tg x = t(24)
funcao par nas variaveis u e w
simultaneamente, isto e,
R(�u,�w) = R(u,w)
R(sen mx, cos mx) mx = t(25)
R(e
x
, senh x, cosh x) x = log t(26)
R(senh x, cosh x) tgh
x
2
= t entao(27)
senhx =
2t
1� t
2e
coshx =
1 + t
2
1� t
2
R(senh x, cosh x) com R(u,w) coshx = t(28)
uma funcao ımpar na variavel
u, isto e, R(�u,w) = �R(u,w)
R(senh x, cosh x) com R(u,w) senhx = t(29)
uma funcao ımpar na variavel
w, isto e, R(u,�w) = �R(u,w)
R(senh x, cosh x) com R(u,w) uma tghx = t(30)
funcao par nas variaveis u e w
simultaneamente, isto e,
R(�u,�w) = R(u,w)
R(senh mx, cosh mx) mx = t(31)
3
![Page 765: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/765.jpg)
Integral Definido
Maria do Carmo Martins
dezembro 2013
1 / 40
![Page 766: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/766.jpg)
Somas de Darboux
Sejam f uma funcao limitada (nao negativa) no intervalo [a, b] eK o conjunto
K = {(x , y) 2 R2 | a x b ^ 0 y f (x)}.
2 / 40
![Page 767: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/767.jpg)
Valor aproximado da area do conjunto K
Sejam
M = supx2[a,b] f (x)
m = infx2[a,b] f (x)
↵(K ) a area do conjunto K
Nestas condicoes tem-se
m(b � a) ↵(K ) M(b � a).
Uma melhor aproximacao de ↵(K ), obtem-se decompondo ointervalo [a, b] num numero finito (n) de subintervalos utilizandoos pontos x
1
, x2
, · · · , xn�1
, tais que: x1
< x2
< · · · < xn�1
.
x1
x2
x = a0
x = bn
3 / 40
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Decomposicao do intervalo [a, b]
O conjunto discreto D = {x1
, x2
, · · · , xn�1
} denomina-se pordecomposicao de [a, b]. O intervalo [a, b] fica “decomposto” nossubintervalos
[x0
, x1
], [x1
, x2
], · · · , [xn�1
, xn
],
de diametros
�x0
= x1
� x0
,
�x1
= x2
� x1
,...
�xn�1
= xn
� xn�1
.
O maior desses diametros—o diametro da decomposicao—designa-se por |D|.
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Valores aproximados da area do conjunto K
Sejam
M1
= supx2[x
0
,x1
]
f , m1
= infx2[x
0
,x1
]
f ,
M2
= supx2[x
1
,x2
]
f , m2
= infx2[x
1
,x2
]
f ,
......
Mn
= supx2[x
n�1
,xn
]
f , mn
= infx2[x
n�1
,xn
]
f
Os novos valores aproximados sao:
m1
(x1
� x0
) + · · ·+mn
(xn
� xn�1
) =P
n
i=1
mi
(xi
� xi�1
)
M1
(x1
� x0
) + · · ·+Mn
(xn
� xn�1
) =P
n
i=1
Mi
(xi
� xi�1
)
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Somas de Darboux
Definicao
Sejam
I = [a, b] um intervalo fechado e limitado de R;f uma funcao definida e limitada em I ;
D o conjunto formado por todas as decomposicoes dointervalo considerado;
d uma decomposicao do intervalo [a, b];
n � 1 o numero de pontos da decomposicao d;
Mi
e mi
o supremo e o ınfimo da funcao f no intervalo[x
i�1
, xi
] (i = 1, 2, · · · , n).A cada decomposicao d 2 D associamos dois numeros reais S
d
(f )e s
d
(f ) que designamos por somas de Darboux da funcao frelativas a decomposicao d definidos por
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Relacao entre as somas de Darboux e a area do conjunto k
sd
(f ) =nX
i=1
mi
(xi
� xi�1
) (soma inferior)
Sd
(f ) =nX
i=1
Mi
(xi
� xi�1
) (soma superior)
A relacao entre as somas de Darboux e ↵(K ) e a seguinte:
sd
< ↵(K ) < Sd
.
Definicao
Sejam d , d 0 2 D diremos que d 0 e mais fina do que d, se e so se,d ⇢ d 0 (isto e, se pertencerem a decomposicao d 0 todos os pontosda decomposicao d).
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Representacao das somas de Darboux
Soma inferior de Darboux Soma superior de Darboux
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Relacao entre as somas de Darboux para umadecomposicao mais fina
Lema
Sejam
Sd
e sd
as somas superior e inferior da funcao f relativas auma decomposicao d do intervalo [a, b];
Sd
0 e sd
0 as somas correspondentes da mesma funcao relativasa outra decomposicao, d 0, mais fina do que d.
Entao, tem-se, necessariamente:
sd
sd
0 Sd
0 Sd
.
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Soma Integral
Sejam
f uma funcao definida no intervalo [a, b];
a = x0
< x1
< · · · < xn
= b, uma decomposicao arbitraria (nintervalos);
x⇤1
, x⇤2
, · · · , x⇤n
tais que
x⇤1
2 [x0
, x1
], · · · , x⇤n
2 [xn�1
, xn
].
As areas dos rectangulos construıdos sobre estes intervalos sao
f (x⇤1
)�x1
, f (x⇤2
)�x2
, · · · , f (x⇤n
)�xn
e a soma,
�d
=nX
i=1
f (x⇤i
)�xi
e conhecida por soma integral.10 / 40
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Representacao da soma integral
Se a funcao e contınua e nao negativa no intervalo [a, b], entao aarea sob a curva y = f (x) neste intervalo e definida por
A = limmax�x
i
!0
nX
i=1
f (x⇤i
)�xi
.
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![Page 776: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/776.jpg)
Somas de Darboux vs. soma integral
Que relacao existe entre as somas de Darboux e a soma integral?
mi
f (x⇤i
) Mi
mi
�xi
f (x⇤i
)�xi
Mi
�xi
nX
i=1
mi
�xi
nX
i=1
f (x⇤i
)�xi
nX
i=1
Mi
�xi
sd
�d
Sd
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![Page 777: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/777.jpg)
Integral definido de uma funcao contınua
Definicao
Se para cada decomposicao d tal que max�xi
! 0 o limite dasoma �
d
, quando o numero de divisoes n tende para infinito, for omesmo valor ⌃, diz-se que f e integravel no sentido de
Riemann
a em [a, b].
O valor do limite comum a todas as decomposicoes, ⌃, designa-sepor integral definido de f no intervalo [a, b] e representa-se por
⌃ =
Zb
a
f (x)dx .
a
Georg Friedrich Bernhard Riemann (1826–1866)
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Observacao
Da definicao de integral definido, tem-se que:
⌃ =
Zb
a
f (x)dx = limmax�x
i
!0
nX
i=1
f (x⇤i
)�xi
,
onde
f e a funcao integranda;
x e a variavel de integracao;
os numeros a e b sao designados por limites de integracao
inferior e superior respectivamente.
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![Page 779: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/779.jpg)
Condicao necessaria de integrabilidade
Teorema
Se f e integravel em [a, b], entao f e limitada em [a, b].
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![Page 780: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/780.jpg)
Condicao necessaria e suficiente de integrabilidade
Teorema
A funcao f e integravel no sentido de Riemann, se e so se, assomas de Darboux tem o mesmo limite.
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Exercıcios
Verifique se existem os integrais
1
Rb
a
r dx ;
2
Rb
a
f (x) dx sendo f a funcao definida por
8<
:
1, x 2 Q
�1, x 2 R \Q
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Classes de funcoes integraveis
Teorema
Toda a funcao contınua no intervalo [a, b] e integravel, nesseintervalo, a Riemann.
Teorema
Toda a funcao monotona e limitada e integravel no sentido deRiemann.
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Interpretacao geometrica do conceito de integral
Se f e uma funcao contınua e nao negativa no intervalo [a, b] ,entao
Zb
a
f (x)dx ,
representa a area da regiao plana limitada por f , x = a, x = b epelo eixo Ox .
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Exercıcio
1 CalculeRb
a
x dx , com 0 < a < b.
2 Sabendo que 12 + 22 + · · ·+ n2 = n(n+1)(2n+1)
6
, calcule
Z4
0
x2 dx .
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Observacoes
1 Se a = b, entao
Zb
a
f (x) dx =
Za
a
f (x) dx = 0
(este resultado esta de acordo com a ideia intuitiva de que aarea entre um ponto sobre o eixo Ox e a curva y = f (x) ezero).
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Observacoes
2 O integral definido nao depende da variavel de integracao, massim dos limites de integracao e da funcao a integrar. Isto e,
Zb
a
f (x) dx =
Zb
a
f (u) du =
Zb
a
f (z) dz
(a variavel de integracao e pois, uma variavel muda ouaparente).
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Propriedades do integral definido
1 Se f e integravel em [a, b], entao
Zb
a
f (x) dx = �Z
a
b
f (x) dx ;
2
Z �b
�a
f (x) dx = �Z
b
a
f (x) dx , desde que f seja uma funcao
par;
3
Z �b
�a
f (x) dx =
Zb
a
f (x) dx , desde que f seja uma funcao
ımpar;
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Propriedades do integral definido
4
Zb
a
1 dx = b � a;
5
Zb
a
c dx = c(b � a), c 2 R;
6 Se f e integravel em [a, b], entao
Zb
a
cf (x) dx = c
Zb
a
f (x) dx ;
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![Page 789: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/789.jpg)
Propriedades do integral definido
7 Sejam M e m o maximo e o mınimo, respectivamente, de fem [a, b]. Se f e integravel em [a, b], entao
m(b � a) Z
b
a
f (x) dx M(b � a);
8 Se f uma funcao integravel em [a, b] e f (x) � 0, entao
Zb
a
f (x) dx � 0;
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Propriedades do integral definido
9 Se f e g sao duas funcoes integraveis em [a, b] e f (x) � g(x)para todo o x em [a, b], entao
Zb
a
f (x) dx �Z
b
a
g(x) dx ;
10 Se f e integravel em [a, b], entao
����Z
b
a
f (x) dx
���� Z
b
a
|f (x)| dx ;
11 Se f e limitada e integravel em [a, b] com |f (x)| M, entao
����Z
b
a
f (x) dx
���� M(b � a);
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Propriedades do integral definido
12 Se f e uma funcao contınua em [a, b], entao existe pelomenos um ponto c 2 [a, b] tal que:
Zb
a
f (x) dx = f (c)(b � a).
Este resultado e vulgarmente conhecido pelo teorema da
media do calculo integral.
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![Page 792: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/792.jpg)
Propriedades do integral definido
13 Se f e g sao integraveis em [a, b], entao
Zb
a
[f (x) + g(x)] dx =
Zb
a
f (x) dx +
Zb
a
g(x) dx ;
14 Se f e g sao integraveis em [a, b], entao
Zb
a
[f (x)� g(x)] dx =
Zb
a
f (x) dx �Z
b
a
g(x) dx ;
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![Page 793: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/793.jpg)
Propriedades do integral definido
15 Se f e uma funcao integravel num intervalo fechado contendoos tres pontos a, b e c , entao independentemente da ordem
Zb
a
f (x) dx =
Zc
a
f (x) dx +
Zb
c
f (x) dx .
Este resultado e conhecido pela Propriedade da aditividade dointegral relativamente ao intervalo de integracao ou Teoremada decomposicao do intervalo.
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Propriedades do integral definido
16 Se f e g sao integraveis em [a, b], entao
✓Zb
a
f (x)g(x) dx
◆2
Z
b
a
f 2(x) dx
Zb
a
g2(x) dx .
Esta desigualdade denomina-se por Desigualdade de Schwartz.
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Teorema fundamental do calculo
Teorema
Se f e uma funcao contınua em [a, b] e se G (x) =Rx
a
f (z) dz,entao G e uma primitiva de f , isto e,
G 0(x) = f (x), 8x 2 [a, b].
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Exercıcios
1 Estude, quanto a monotonia e aos extremos, a funcao
�(x) =
Zx
2
�t2 � 6t + 8
�dt
definida em R.
2 Calcule, justificando convenientemente
limx!0
xRx
0
e�t
2
dt
3� 3e�x
2
.
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Regra de Barrow
Teorema
Seja f uma funcao contınua em [a, b] e F uma primitiva de f .Entao Z
b
a
f (x) dx = F (b)� F (a).
Esta e a formula de Barrow,1 que permite calcular o integral deuma funcao f num intervalo onde esta seja contınua, desde queconsigamos determinar uma primitiva de F . Outro modo derepresentar esta formula, tambem conhecida por formula deNewton-Leibniz, e
Zb
a
f (x) dx = [F (x)]ba
,
1
Isaac Barrow (1630-1677) matematico e teologo ingles. Foi mestre de
Newton e um dos precursores do Calculo Diferencial.
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Exercıcios
Calcule os seguintes integrais:
1
Z4
0
x2 dx
2
Z2
0
(x3 + x2) dx
3
Z1
0
4 dx
4
Z2
5
�4t dt
5
Zb
a
ex dx
6
Z1
0
2u1
2 du
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Exercıcios
Calcule os seguintes integrais:
1
Z ⇡3
⇡cos x dx
2
Z3
0
⇣x2� 4
⌘dx
3
Z3
2
x
x2 � 25dx
4
Z ⇡2
0
sen x cos x dx
5
Z1
0
arctg x
x2 + 1dx
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Integracao por partes
Teorema
Sejam f e g funcoes de classe C 1 em [a, b]. a Entao,
Zb
a
f 0(x) g(x) dx = [f (x) g(x)]ba
�Z
b
a
f (x) g 0(x) dx .
a
Dizemos que h e uma funcao de classe C 1
em [a, b], se e so se, h e
diferenciavel em [a, b] e a sua derivada, h0, e contınua neste intervalo.
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Exercıcio:
Calcule Z2
1
log2 x dx
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Integracao por substituicao
Teorema
Sejam
I e J dois intervalos de R;f uma funcao contınua em I ;
g uma funcao continuamente derivavel em J, tal queg(J) ⇢ I ;
↵ e � dois pontos de J tais que a = g(↵) e b = g(�).
Entao
Zb
a
f (x) dx =
Z �
↵f (g(t)) g 0(t) dt.
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Exercıcios
Calcule, recorrendo ao metodo de integracao por substituicao:
1
Z2
0
p4� x2 dx
2
Z1
0
log(1 + x)
1 + x2dx .
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Bibliografia
Manuel Ferreira e Isabel Amaral, Matematica Primitivas eIntegrais, Edicoes Sılabo, Lda. 5a edicao, 1996.
Carlos Martins, Calculo Integral Teoria e Aplicacoes, EdicoesSılabo, Lda. 1a edicao, 2004.
Paula Rocha, Calculo I, Departamento de Matematica daUniversidade de Aveiro, 4a edicao, 1997.
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Aplicac˜oes do Integral Definido
Maria do Carmo Martins
dezembro 2013
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Introducao
De um modo geral podemos recorrer ao integral definido paracalcular:
areas planas (nestes slides);
volumes de solidos de revolucao;
volumes de solidos que nao sejam de revolucao;
comprimento de linhas (arcos de curvas) (nestes slides);
areas laterais de solidos de revolucao.
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Calculo de areas em coordenadas cartesianas
Quando f (x) � 0 para x 2 [a, b].A area da regiao plana representada na figura e dada por
A =
Zb
a
f (x) dx .
a bx
y
A
a bx
y
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Calculo de areas em coordenadas cartesianas
Quando f (x) 0 para x 2 [a, b].A area da regiao plana representada na figura e dada por
A = �Z
b
a
f (x) dx , uma vez que
Zb
a
f (x) dx e negativo e o
valor da area e sempre positivo.
a bx
y
A
a bx
y
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Calculo de areas em coordenadas cartesianas
Quando f (x) muda de sinal para x 2 [a, b].Atendendo aos dois casos anteriores, a area da regiao planarepresentada na figura e dada por
A =
Zb
a
f (x) dx �Z
c
b
f (x) dx
a b cx
y
a b cx
y
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Exercıcio
Calcule a area da regiao limitada pela funcao f (x) = sen x e o eixodas abcissas quando x 2 [0, 2⇡].
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Area de uma regiao limitada por duas funcoes
A area limitada pelas funcoes f e g representada na figura e dadapor
A =
Zb
a
[f (x)� g(x)] dx
a bx
y
A
f
g
a bx
y
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Area de uma regiao limitada por duas funcoes
A area A pode ser obtida pela diferenca entre a area limitada por fe por g no intervalo [a, b]. Em particular,
Rb
a
f (x) dx e a area limitada pelo grafico de f e o eixo dasabcissas (entre as retas verticais x = a e x = b);Rb
a
g(x)dx e a area limitada pelo grafico de g e o eixo dasabcissas (tambem entre as retas verticais x = a e x = b);
a bx
y
A=
f
g
a bx
y
a bx
y
A-
f
g
a bx
y
a bx
y
A
f
g
a bx
y
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Exercıcio
Calcule a area da regiao limitada pelas funcoesf (x) = sen x eg(x) = cos x quando x 2 [0, 2⇡].
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Observacao
Quando apenas conhecermos as funcoes f e g , e os extremos dointervalo de integracao, a e b, nao sao dados, temos quedetermina-los calculando os pontos de intersecao das duas funcoes.
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Exercıcio
Calcule a area da regiao limitada pelas funcoes f (x) = x
2 eg(x) =
px .
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Area de uma regiao limitada por tres funcoes
A area da regiao plana limitada pelas funcoes f , g e h
(considerando apenas o primeiro quadrante) e dada por
A =
Zc
0[f (x)� g(x)] dx +
Zb
c
[h(x)� g(x)] dx
c bx
y
f
g
h
c bx
y
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Exercıcio
Calcule a area da regiao limitada pelas funcoes f (x) = x
2,
g(x) = x
2
2 e h(x) = �x + 12 no primeiro quadrante.
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Area da regiao limitada por uma curva fechada - Exercıcios
Utilizando integrais calcule
1 A area limitada pela circunferencia de centro (0, 0) e raio r .
2 A area limitada por uma elipse de semieixos a e b centradaem (0, 0).
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Calculo de comprimento de linhas
Consideremos uma linha plana definida por y = f (x) com f umafuncao contınua em [a, b]. O comprimento da linha de x = a atex = b e dado por
s =
Zb
a
q1 + [f 0(x)]2 dx
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Exercıcios
1 Determine o perımetro da circunferencia de equacaox
2 + y
2 = r
2.
2 Considere a funcao f (x) = log x � x
2
8 no intervalo [1, 2].Determine o comprimento do arco de curva definido por f .
3 Calcule o comprimento da curva f (x) = arcsen e�x entrex = 0 e x = log
p3.
4 Determine o comprimento do arco de curva f (x) = e
x ,compreendido entre os pontos (0, 1) e (1, e).
5 Determine o comprimento do astroide x
23 + y
23 = a
23
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![Page 821: Topologia da Reta](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022050719/586695591a28abf23f8b85b3/html5/thumbnails/821.jpg)
Bibliografia
Manuel Ferreira e Isabel Amaral, Matematica Primitivas e
Integrais, Edicoes Sılabo, Lda. 5a edicao, 1996.
B. Demidovitch, Problemas e exercıcios de Analise
Matematica, Editora Mir. 5a edicao, 1986.
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