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Resumo Geral de Cálculo Diferencial e Integral 1
Conjuntos numéricos:
IN = {0, 1, 2, 3, 4, 5, ..., ∞}
Z = {∞, ..., -2, -1, 0, 1, 2, 3, ..., ∞}
Q = {
𝑎
𝑏
com a e b ϵ Z e b ≠ 0}
I = {..., √3 , √2 , 𝑒, 𝜋, …}
IR = {Q U I}
C = a + bi
Funções:
É toda relação de A em B tal que todo elemento x ϵ A tem um único correspondente y ϵ B.
Representação: f : A → B
Exemplo: com os conjuntos A = {1, 4, 7} e B = {1, 4, 6, 7, 8, 9, 12}
Cria-se uma função f: A → B, definida por f(x) = x + 5 ou y = x + 5
A → B A B
f(x) = x + 5
f(1) = 1 + 5 = 6
f(4) = 4 + 5 = 9 Im (f) = relaciona com 6,9,12
f(7) = 7 + 5 = 12
D(f) = A CD = B
Tipos de funções:
Função constante: para qualquer valor de x o valor de y é único, sempre o mesmo.
f(x) = b
Função linear ou função do primeiro grau:
É toda função do tipo f(x) = mx + n onde m e n ϵ IR com m ≠ 0.
Definição de coeficiente angular (m):
m =
𝑦𝐵−𝑦𝐴
𝑥𝐵−𝑥𝐴
tg 𝛼 =
co
ca
tg 𝛼 =
𝑦𝐵−𝑦𝐴
𝑥𝐵−𝑥𝐴
tg 𝛼 = m
Função quadrática ou do segundo grau:
É toda função do tipo f(x) = ax² + bx + c onde a, b e c ϵ IR com a ≠ 0.
∆ corta o eixo x
b² - 4ac Xv =
− 𝑏
2𝑎
Yv =
−∆
4𝑎
Para determinar a intersecção: 𝒙 =
−𝒃±√𝒃𝟐−𝟒𝒂𝒄
𝟐𝒂
Função polinomial:
É toda funcao do tipo f(x) = 𝑎0𝑥𝑛 + 𝑎1𝑥𝑛−1 + 𝑎2𝑥𝑛−2
Exemplos:
f(x) = 2x³ + 4x² - 5x + 6 → completa
f(x) = 5𝑥7+ 4x³ + 2x → incompleta
f(x) = x³ + 2x² - x – 4
(
−3
2
)
3
+ 2 (
−3
2
)
2
− (
−3
2
) − 4
−27
8
+
18
4
+
3
2
– 4
= 1,37
X 0 1 2 -1 -2
Y -4 -2 10 -2 -2
Função racional:
É toda funcao do tipo f(x) =
𝑃 (𝑥)
𝐺(𝑥)
com g(x) ≠ 0.
Exemplos:
f(x) =
𝑥+1
𝑥2−4
f(x) =
1
𝑥
→ no gráfico: x ≠ 0
f(x) =
3
𝑥+2
Função modular:
É toda função do tipo f(x) = |x|. Somente números positivos.
Exemplos
f(x) = |x| f(x) = |x - 2| f(x) = |x²- 4|
Função exponencial:
É toda função do tipo f(x) = ax onde a ≠ 1 e a > 0
Exemplos:
f(x) = 2x
a > 1
função crescente!
f(x) = (
1
2
)
𝑥
0 0, x > 0
Exemplo:
f(x) = log2 𝑥
funcao crescente
base > 1
Função seno:
É a funcao do tipo f(x) = sex (x)
1 𝑔𝑟𝑎𝑢
60`
e
1 𝑚𝑖𝑛
60``
X é o arco!!!
Sen x =
𝑎
1
Características:
Ciclo único
Período → 1P = 360° = 2𝜋 rad.
Imagem = amplitude (ponto máximo e mínimo)
Se for multiplicado por um número entre 0 e 1 aumenta
o período, maior que um diminui.
180° = 𝜋 rad.
Senóide
≈ 5
≈ 5 ≈ 5
Função cosseno:
É toda função do tipo f(x) = cos (x)
cos 𝛼 =
𝑐𝑜
ℎ𝑖𝑝
Cossenoide
Im (f) = {x ϵ IR/ -1 ≤ x ≤ 1}
cos 𝛼 =
𝑐 . 𝑎
1
cos 𝛼 = ca
Função tangente:
f(x) = tg (x)
tg 𝛼 =
𝑐𝑜
𝑐𝑎
tg 𝛼 =
𝑠𝑒𝑛
𝑐𝑜𝑠
Consequências:
tg (x) =
𝑐𝑜
𝑐𝑎
=
𝑠𝑒𝑛
𝑐𝑜𝑠
→ identidade trigonométrica.
Pitágoras: (hip)² = (co)² + (ca)²
ou seja:
1² = (sen)² + (cos)²
sen² (x) + cos² (x) = 1
Limites:
Limite de uma sucessão:
1, 2, 4, 9, 16... → a sucessão tende a + ∞
x → + ∞
1
2
,
2
3
,
3
4
,
4
5
→ a sucessão tende a 1 (mas NUNCA será 1, o resultado sempre se aproximará de 1)
x → 1
1
2
+
1
4
+
1
8
+
1
16
+
1
32
→ a soma infinita tende a 1
x → 1
Limite de uma função:
lim
𝑥→𝑎
𝑓 (𝑥) = 𝐿 Substituição de valores
Propriedades:
O limite de uma função é único. Uma função não possui dois limites.
O limite de uma função constante quando x tende a a é igual a própria constante.
lim
𝑥→2
7 = 7
O limite da função identidade quando x tende a a é igual a a lim
𝑥→3
𝑥 = 3
O limite da soma ou subtração de uma função é:
lim
𝑥→𝑎
[𝑓(𝑥) ± 𝑔(𝑥)] = lim
𝑥→𝑎
𝑓(𝑥) ± lim
𝑥→𝑎
𝑔(𝑥)
O limite do produto de funções é:
lim
𝑥→𝑎
𝑓(𝑥) . 𝑔(𝑥) = lim
𝑥→𝑎
𝑓(𝑥) . lim
𝑥→𝑎
𝑔(𝑥)
O limite de uma divisão lim
𝑥→𝑎
𝑓(𝑥)
𝑔(𝑥)
=
lim
𝑥→𝑎
𝑓(𝑥)
lim
𝑥→𝑎
𝑔(𝑥)
O limite de uma função com raiz lim
𝑥→𝑎
√𝑓(𝑥)𝑛
= lim
𝑥→𝑎
√lim 𝑓(𝑥)𝑛
Indeterminações
0
𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒
= 0 (com constante ≠ 0)
±
𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒
0
= ± ∞ (com constante ≠ 0)
𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒
∞
= 0 ( com constante ≠ ∞)
±
∞
𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒
= ± ∞ ( com constante ≠ 0)
Limites laterais
Se o limite da função y = f(x) quando x tende a a por valores superiores a a é L:
lim
𝑥→𝑎+
𝑓(𝑥) = 𝐿 ⟷ lim
ℎ→0
𝑓(𝑎 + ℎ) = 𝐿
Se o limite da função y = f(x) quando x tende a a por valores inferiores a a é L:
lim
𝑥→𝑎−
𝑓(𝑥) = 𝐿 ⟷ lim
ℎ→0
𝑓(𝑎 − ℎ) = 𝐿
Obs.: quanto menor o valor de h mais próximo de a estará.
Continuidade em um ponto x = a
Uma função y = f(x) é dita continua em x = a se 3 afirmações foram satisfeitas
f (a) ϵ R a imagem de a deve ser um número real
lim
𝑥→𝑎+
𝑓(𝑥) = lim
𝑥→𝑎−
𝑓(𝑥)
lim
𝑥→𝑎
𝑓(𝑥) = 𝑓(𝑎) o valor do limite deverá ser igual a imagem.
Derivadas:
𝑓′(𝑥) = lim
∆𝑥→0
𝑓(∆𝑥+𝑥)−𝑓(𝑥)
∆𝑥
Técnicas de derivação:
f (x) f' (x)
𝑘 0
𝑥 1
𝜇 ± 𝑣 𝜇′ ± 𝑣′
𝐶 . 𝜇 𝐶 . 𝜇′
𝜇 . 𝑣 𝜇 . 𝑣′ + 𝜇′. 𝑣
𝜇
𝑣
𝑣 . 𝜇′ − 𝜇 . 𝑣′
𝑣²
𝑥𝑚 𝑚 . 𝑥𝑚−1
𝜇𝑚 𝑚 . 𝜇𝑚−1. 𝜇
𝑒𝜇 𝜇′. 𝑒𝜇
𝑎𝜇 𝜇′. 𝑎𝜇 . 𝑙𝑛 𝑎
𝑙𝑛 𝜇 𝜇′
𝜇
𝑙𝑜𝑔𝑎 𝜇 𝜇′
𝜇
. 𝑙𝑜𝑔𝑎 𝑒
sen 𝜇 𝜇′ . 𝑐𝑜𝑠 𝜇
𝑐𝑜𝑠 𝜇 −𝜇 . 𝑠𝑒𝑛 𝜇
tg 𝜇 𝜇′. 𝑠𝑒𝑛2𝜇
𝑐𝑜𝑡𝑔 𝜇 −𝜇′ . 𝑐𝑜𝑠𝑠𝑒𝑐²𝜇
𝑠𝑒𝑐 𝜇 𝜇′. 𝑠𝑒𝑐 𝜇 . 𝑡𝑔 𝜇
𝑐𝑜𝑠𝑠𝑒𝑐 𝜇 −𝜇 . 𝑐𝑜𝑠𝑠𝑒𝑐𝜇 . 𝑡𝑔 𝜇
arc sen 𝜇 𝜇′
√1 − 𝜇²
arc cos 𝜇 −𝜇′
√1 − 𝜇²
𝑎𝑟𝑐 𝑡𝑔 𝜇 𝜇′
1 + 𝜇²
𝜇𝑣 𝑣 . 𝜇𝑣−1 . 𝜇′ + 𝜇𝑣 . 𝑙𝑛𝜇 . 𝑣′
Aplicação de derivadas
Derivadas sucessivas:
A derivada da derivada primeira de uma funcao y = f(x) é chamada de derivada segunda e é indicada por y’’
ou f’’(x) ou ainda
d²y
dx
A derivada da derivada 2ª de uma função é a derivada 3ª e é representada por y’’’, f’’’(x) ou
d³y
dx
Seja f(x) = 4x³ - 7x determine f’’(x) e f’’’(x)
f’(x) = 12x² - 7 f’’(x) = 24x f’’’(x) = 24
Reta tangente:
A inclinação da reta tangente ao gráfico de uma função y = f(x) no ponto P(x1 , y1) é dada por:
mrt = y’ = lim
∆x→0
𝐟 (𝐱 + ∆𝐱)−𝐟(𝐱)
∆𝐱
Reta normal:
É a reta que forma um ângulo de 90° com a reta tangente no ponto P(x1 , y1)
mrn =
−1
mrt
Para determinar a equação da reta tangente e reta normal:
1. Calcula-se mrt.
2. Aplica-se em mrt =
y−y1
x− x1
.
3. Aplica-se
−1
mrt
=
y− y1
x−x1
.
4. Grafica-se.
Teorema de Rolle:
Seja f uma função tal que
1. É continua no intervalo fechado [a,b].
2. É derivável no intervalo aberto (a,b)
3. f(a) = f(b) = 0
Então existe um número no intervalo aberto (a,b) tal que f’ (c) = 0
Interpretação geométrica:
Imagem de (a) = imagem de (b) = 0
Taxa de variação média:
f(x) é baseada na reta secante
taxa de variação média =
f(b)−f(a)
b−a
Seja f(x) = x², determine a variação média entre x = 3 e x = 5
tm =
52−3²
5−3
→
35−9
2
.:
Taxa de variação instantânea:
ti = f’(a)
Determine a ti da função f(x) x² para x = 3, x = 4 e x = 5
f(x) = x² → f’(x) = 2x
ti (3) = 2 . 3 = , ti(4) = 2 . 4 = , ti(5) = 2 . 5 =
tm = 8
6 8 10
Regra de L’ Hôpital – Bertoveli:
Quando um limite do tipo lim
x→t
f (x)
g (x)
apresenta uma forma indeterminada do tipo
0
0
ou
∞
∞
aplica-se a
derivada tanto no numerados quanto no denominador, independente um do outro para levantar tais
indeterminações. Se as indeterminações persistirem trabalha-se com a segunda derivada e assim
sucessivamente.
lim
x→t
f (x)
g (x)
→ lim
x→t
f′ (x)
g′(x)
→ lim
x→t
f′′(x)
g′′(x)
→ ...
Calcule o limite:
lim
x→6
x2−8𝑥+12
x−6
=
62−8 .6+12
6−6
= OU
2x−8
1
→
2 . 6−8
1
.:
Taxa de variação – regra da cadeia:
Seja u = 3x² + 2x e f = u³
Determinar a
df
dx
df
dx
=
du
dx
.
df
du
→
du
dx
= (6x + 2) e
df
du
= 3u² .:
df
dx
= (6x + 2) . (3u²) → (6x + 2) . 3(3x² + 2x)²
df
dx
= (18x + 6) . (3x² + 2x)²
Critério da derivada 2ª para determinar os extremos de uma função:
Seja f uma função derivável num intervalo (a,b) e c um ponto crítico de f nesse intervalo, isto f’(c) = , com a 0 tem um valor mínimo relativo em c
Determine os máximos e mínimos relativos de f, sendo f (x) = 18x + 3x – 4x³
f’ (x) = 18 + 6x – 12x²
0 = 18 + 6x – 12x²
x =
−b±√b2−4ac
2a
x =
−6±√62−4(−12).18
2 (−12)
x =
−6±√36+864
−24
x =
−6±30
−24
x1 =
−6+ 30
−24
=
x2 =
−6− 30
−24
=
C1 = -1 e C2 =
3
2
CONFIRMAÇÃO
f’’ (x) = 6 – 24x → f’ (x) = 6x – 12x²
f’’(-1) = 6 – 24 . (-1)
Para x = -1 implica que f tem valor mínimo!
f’’ (
3
2
) = 6 – 24 . (
3
2
) Para x = (
𝟑
𝟐
) implica que f tem valor máximo
0
0
4
-1
3
2
f’’ (-1) = 30
f’’ (
3
2
) = -30
P.C = Ponto Crítico
x =
3
2
.: f(x) = 18x + 3x² - 4x³
f(
3
2
)= 18 . (
3
2
) + 3 . (
3
2
)² - 4 . (
3
2
)³
f(
3
2
) =
81
4
Diferencial e acréscimo:
Acréscimo:
Seja y = f(x) uma função. Podemos sempre considerar uma
variação da variável independente x. se x varia de x1 para x2
define-se acréscimos de x, como ∆x = x2 – x1.
A variação de x origina uma correspondente variação de y,
denotada por ∆y.
∆y = f (x2) – f (x1) OU ∆y = f (x1 + ∆x) – f (x1)
Diferencial:
Seja y = f(x) uma função diferencial e ∆x um acréscimo de x, define-se:
1. A diferencial da variável independente x, denotada por dx, com dx = ∆x para ∆x pequenos.
2. A diferencial da variável y, denotada por dy, como dy = f’ (x) . ∆x →
dy
dx
= f’ (x).
Seja y =
1
2x²
e ∆x = 0,01 para x = 1, determine ∆y e dy.
∆y = f (x + ∆x) – f (x) Cálculo auxiliar
∆y =
1
2(1,01)²
-
1
2(1)²
∆y =
1
2,04
−
1
2
∆y = - 0,00998 ≅
dy = f’(x) . dx → como ∆x é pequeno, tem-se que dx ≅ ∆x.
dy = f’(x) . ∆x
.: dy =
−1
x³
. 0,01
dy =
Derivada de uma função na forma implícita (Regra da Cadeia):
Suponha-se que f (x,y) = 0 define implicitamente uma função derivável y = f (x)
x² + y² = 4 → determinar y’
(x² + y²)’ = 4’
(x²)’ + (y²)’ = (4)’ Deriva-se ambos os lados da igualdade!!!
2x + 2y . y’ = 0
2y . y’ = -2x
y’ =
−2x
2y
f(x) =
1
2
. x²
f’(x) =
1
2
. (-2) . x−2−1
f’ (x) =
−1
x³
- 0,01
- 0,01
Cálculo auxiliar
(y²) =
dy
dy
.
dy
dx
Onde
dy
dx
= y’
.: logo (y²)’ =
dy
dy
. y’ y’ =
−x
y