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FACULDADE DE ADMINISTRAÇÃO E NEGÓCIOS DE SERGIPE CURSO: ENGENHARIA DE PRODUÇÃO ASSUNTO: DERIVADAS INTRODUÇÃO E DEFINIÇÃO PROFESSOR: MARCOS AGUIAR CÁLCULO I Retas Tangentes e Taxas de Variação Reta tangente As retas tangentes a gráficos têm muitas aplicações no cálculo. Na geometria a reta tangente em um ponto de um círculo pode ser interpretada como a reta que intercepta (toca) o círculo em apenas um ponto figura 1. Não podemos estender esta interpretação ao gráfico de uma função qualquer, pois a reta pode “tocar” (tangenciar) o gráfico de em um determinado ponto P e interceptá-la novamente em outro ponto figura 2. figura 1. figura 2. Nosso intuito é definir o coeficiente angular da tangente em P, com objetivo de determinar a equação da reta . Notação: : A secante por P e Q : O coeficiente angular de : O coeficiente angular da tangente em figura 3. (i), (ii), (iii) Figura 3. O coeficiente angular da reta secante é Se é contínua em , podemos fazer tender para fazendo tender para , então , desde que o limite exista. Fazendo , ou equivalentemente, . Observando a figura 4. Podemos escrever. R Figura 4. Como equivale a , logo podemos definir o coeficiente angular da tangente assim: Definição. O coeficiente angular da tangente ao gráfico de uma função em é Desde que o limite exista. Exemplo: Use a definição para obter o coeficiente angular da tangente ao gráfico de em Determine a equação da tangente e da normal em Determine os pontos do gráfico em que a tangente é horizontal Solução: Reta tangente. Reta Normal. Coeficiente angular da reta normal - Relação entre o coeficiente da reta tangente e da reta normal Logo, Tangente horizontal Logo o ponto e 1.2. VELOCIDADE MÉDIA Definição A velocidade média de um móvel que percorre uma distância num tempo é Podemos escrever a definição acima como segue Desde que o limite exista Exemplo: De um balão a 150 m acima do solo, deixa-se cair um saco de areia. Desprezando-se a resistência do ar, a distância do solo ao saco de areia em queda, após segundos, é dada por . Determinar a velocidade do saco de areia. quando segundos quando segundos no instante que ele toca no solo. Solução: a ) Considere o saco de areia movendo-se ao longo de uma coordenada vertical com origem no solo. Note que no instante que o saco é jogado, Para achar a velocidade do saco de areia quando b) c) Neste instante, a velocidade de impacto é dada por 1. 3 Taxa Média de Variação Definição: Seja , onde é definida em um intervalo aberto contendo . A taxa média de variação de em relação a no intervalo é 1.4. Taxa Instantânea de Variação Seja , onde é definida em um intervalo aberto contendo . A taxa instantânea de variação de em relação a em é , desde que o limite exista 1.5. Taxa de Variação Relativa A taxa de variação relativa ( TVR ) de uma grandeza em relação a é dada pela razão , 1.6. Taxa de Variação Percentual A taxa de variação percentual ( TVP ) de uma grandeza em relação a é dada pela razão , Exemplo: CUSTO DE PRODUÇÃO. Um gerente determina que o custo para produzir unidades de um certo produto é C milhares de reais, onde . Determine o custo médio quando o nível de produção varia de para unidades. Use os métodos de cálculo para determinar a taxa instantânea de variação do custo com um nível de produção para e compare o resultado com o do item (a). O custo está aumentando ou diminuindo quando a produção é de 10 unidades? Solução: a) b) a unidade Exercícios. a) Obter o coeficiente angular da tangente ao gráfico de em . Determine a equação da tangente em . Determine os pontos do gráfico em que a tangente é horizontal 1. 2. 3. 4. 5. 6. a) Obter o coeficiente angular da tangente ao gráfico da equação no ponto com abscissa a. b) Estabeleça a equação da tangente em P. 1. 2. 3. 4. A função posição de um ponto p que se move em uma reta coordedenada P é dada por segundos e em centímetros. Ache a velocidade media em P nos seguintes intervalos de tempo: Determine a velocidade de P em . 13. 14. 15. Um balonista deixa cair, de um balão, um saco de areia, de 160 m do solo. Após segundos, o saco de areia está a do solo. Ache a velocidade do saco de areia em . Com que velocidade o saco de areia atinge o solo. 16. LUCRO. Um fabricante de DVD determina que, quando centenas de unidades são produzidas, o lucro é reais. Calcule a taxa instantânea de variação do custo com um nível de produção? Determine o valor de para o qual ( taxa instantânea ). Qual é o significado do nível de produção para o qual isto acontece? PRODUÇÃO DE UMA FÁBRICA. Em uma certa fábrica determina-se que Q unidades são produzidas quando L homens-horas são usados na produção, onde . Determine a taxa média de variação de produção quando a mão-de-obra varia de homens-horas para homens-horas. Use os métodos de cálculo para determinar a taxa instantânea de variação da produção com a mão-de-obra para . DESPESA DO CONSUMIDOR. A demanda de um certo produto é dada por , ou seja, unidades são demandadas ( vendidas ) quando o preço unitário é reais. A despesa do consumidor reais é a quantia total paga pelos consumidores para comprar unidades. Expresse a despesa do consumidor E em função de . Determine a variação média da despesa do consumidor quando varia de para . Use os métodos do cálculo para determinar a taxa instantânea de variação da despesa do consumidor com o número de unidades compradas para . A despesa está aumentando ou diminuindo para ? A DERIVADA Estudamos anteriormente o limite , este limite é a base de um dos conceitos fundamentais do cálculo, a derivada, definida a seguir. Definição: A derivada de uma função é a função definida por Desde que o limite exista. A afirmação existe significa que o limite existe. Neste caso dizemos que é diferenciável em , ou que tem derivada em . Se o limite não existe então não é diferenciavel em . Definição alternativa da derivada Aplicações da derivada Tangente: o coeficiente angular da tangente ao gráfico de no ponto é Taxa de variação: se , a taxa instantânea de variação de em relação a em é Como caso especial de (ii), que se denota o tempo é a posição de um ponto P em uma reta coordenada, então é a velocidade P no instante t. Uma função é diferenciável em um intervalo aberto se existe para todo em . Definição. Uma função é diferenciável em um intervalo fechado se é direrenciável no intervaloaberto e se os seguintes limites existirem: e Os limites laterais da definição costumam ser designados por derivada à direita e derivada à esquerda de . O domínio da derivada. O domínio da derivada consiste em todos pontos ou números para os quais é diferenciável, e também, possivelmente em pontos extremos do domínio de sempre que exista os limites laterais, tal como indicada na figura 1. Figura 1. Se é definida em um intervalo aberto que contém , então existe se e somente se as derivadas à esquerda e à direita existem e são iguais. As funções cujos gráficos se acham esboçados na figura 2 tem derivadas à esquerda e à direita de , as quais são os coeficientes angulares das retas respectivamente. Como os coeficientes de são diferentes, não existe. O gráfico de tem um ponto anguloso em se é contínua em e se as derivadas à esquerda e à direita de existem e são diferentes, ou se uma das derivadas em existe e quando ou . Figura 2. Definição: O gráfico de uma função tem uma tangente vertical no ponto se é contínua em e se A figura 3 (i) e (ii) ilustra alguns casos típicos de tangente Vertical. A figura 3 (iii). O ponto P, é chamada de ponto de reversão ou ponto cuspidal. Definição: Um ponto do gráfico de uma função é chamado Ponto de reversão, ou ponto cuspidal, se é contínua em e prevalecem as duas condições seguintes: (i) quando tende para por um lado. (ii) quando tende para pelo outro lado. Figura 3. Teorema: Se uma função é diferenciável em , então é contínua em 2.1 Derivada de uma função linear Se 2.2 Derivada de uma constante. Se 2.3 Regra da potência. Seja inteiro. Se , então , desde que quando Teorema: 2.4 Notações para a derivada de Cada um dos símbolos é chamado operador diferencial. , Chamamos a derivada de em relação a Derivadas Sucessivas. Derivadas de derivadas são chamadas de derivadas sucessivas Notação de derivadas sucessivas. Exercícios: Use a definição para achar Determine o domínio de Escreva a equação da tangente ao gráfico no ponto P Determine os pontos do gráfico em que a tangente é horizontal. 1. 2. 3. 4. II. Determine Determine o domínio de Escreva a equação da tangente ao gráfico no ponto P Determine os pontos do gráfico em que a tangente é horizontal. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Determine as três primeiras derivadas. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 4. 5. 6. 5. 6. IV. é diferenciável no intervalo dado?. Explique. 1. 2. V. Utilize o gráfico de para determinar se é diferenciável no intervalo dado. 1. 2. VI. Determine se tem a) Tangente vertical em b) Ponto de reversão em 1. 2. 3. 1. 2. 3. Dada a função posição de um ponto P em movimento sobre uma reta coordenada , determine os instantes em que a velocidade tem o valor 1. 2. VII. Resolva os problemas: 1. A relação entre a temperatura na escala Fahrenheit e a temperatura C na escala Celsius é dada por . Determine a taxa de variação de F em relação a C. 2. A lei de Chales para gases afirma que se a pressão permanece constante, então a relação entre o volume V que um gás ocupa e sua temperatura T ( em °C ) é dada por . Determine a taxa de variação de T em relação a V 3. Mostre que a taxa de variação do volume de uma esfera em relação ao seu raio é numericamente igual à área da esfera. 4. Mostre que a taxa de variação do raio de um círculo em relação à circunferência é independente do tamanho de círculo. 5. Uma mancha de óleo se alastra sempre circularmente. Ache a taxa na qual a área A da superfície da mancha varia em relação ao o raio do círculo para: a) arbitrario b) 6. Um balão esférico está sendo inflado. Determine a taxa na qual seu volume varia em relação ao raio do balão para: a) arbitrario b) 7. Em algumas aplicações, os valores funcionais podem ser conhecidos apenas para alguns valores de , próximos de . Em tais situações, costuma ser aproximada pela fórmula a) Interprete esta fórmula graficamente. b) Mostre que c) Se , use a fórmula de aproximação para estimar com d) Determine o valor exato de 8. Use a fórmula de aproximação para mostrar que se , então a) b) Se , use a fórmula de aproximação para estimar com 3. TÉCNICAS DE DERIVAÇÃO Sejam e funções diferenciáveis , são números reais e é um número racional. Regras de derivação. (i) (ii) (iii) (iv) (v) (vi) Regra do produto. ou Regra do Quociente ou EXERCÍCIOS: Calcule a derivada 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. II. Resolva a equação 16. 17. 18. 19. 20. III. Resolva a equação 21. 22. 20. 4. DERIVADAS DE FUNÇÕES TRIGONOMÉTRICAS 4.1 IDENTIDADES TRIGONOMÉTRICAS Para obter fórmulas para derivadas de funções trigonométricas, é necessário provar vários resultados sobre limites. Sempre que nos referimos a limites de expressões trigonométricas envolvendo etc. Supondo que cada variável representa a medida de um ângulo em radianos ou em um número real. Considerando o círculo trigonométrico da figura 1. Onde é o ângulo na posição padrão no sistema de coordenadas. As coordenadas do ponto . Pela definição de seno e co – seno se , então e , sugere o teorema. Figura 1. Teorema 1. Demonstrações. De acordo com a figura 1, vemos que. (1) Pela definição da medida em radianos de um ângulo assim podemos escrever a desigualdade (1) pode ser escrita Como segue – se que . Para concluir a prova basta mostrar . Se , então , daí , como temos, . Como segue – se que . Como , obtemos . Se , então é positivo e . Conseqüentemente, Teorema 2. Demonstração. Se , como mostra na figura 2 onde U é um círculo unitário. Note que . Figura 2 Observando a figura 2. Área do Área do Área do Área do Podemos escrever a desigualdade dividindo por ,temos , é verdadeira se ou daí Como , pelo teorema do Sanduíche , logo Teorema 3. Levantando a indeterminação Derivadas de funções trigonométricas. Demonstração. �� EMBED Equation.DSMT4 Como , logo Como exercício demonstrar (ii) usando a definição de derivada e provar (iii), (iv), (v) e (vi). Exercícios. Calcule a derivada. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28. REFERENCIA BIBLIOGRAFICA: SWOKOWSKI, Earl W. Cálculo com Geometria Analítica. v. 1.São Paulo: Makron Books do Brasil, 1994. Laurence D. Hoffmann e Gerald L. Bradley, Cálculo Um Curso Moderno e Suas Aplicações 7ª ed. Rio de Janeiro. LTC. Editora – 2002. ANTON HOWARD. Cálculo um novo horizonte volume I 6ª ed.- Porto Alegre Bookman 2000 GUIDORIZZI, HAMILTON LUIZ. Um curso de Cálculo. V. 1 5ª ed. Rio de Janeiro. LTC. Editora – 2003. � EMBED Equation.DSMT4 ��� �PAGE � �PAGE �20� _1201683571.unknown _1419828575.unknown _1419830586.unknown _1419832870.unknown _1422456059.unknown _1486445356.unknown _1486445891.unknown _1486446226.unknown _1486446648.unknown _1486446792.unknown _1486446840.unknown _1486446863.unknown _1486446693.unknown _1486446481.unknown _1486446562.unknown _1486446405.unknown _1486446057.unknown _1486446125.unknown _1486445976.unknown _1486445506.unknown _1486445851.unknown _1486445433.unknown _1486445080.unknown _1486445203.unknown _1486445256.unknown _1486445128.unknown _1422457071.unknown _1486444796.unknown _1486444823.unknown _1422457356.unknown _1439638795.unknown _1422457419.unknown _1422457529.unknown _1422457257.unknown _1422457304.unknown _1422457203.unknown _1422456721.unknown _1422456794.unknown _1422456884.unknown _1422456742.unknown _1422456237.unknown _1422456609.unknown _1422456190.unknown _1419833887.unknown _1422455455.unknown _1422455698.unknown 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