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Lista de Exercícios - Séries.pdf Lista de Exercícios – III Unidade – Cálculo 3 Determine se as séries abaixo convergem ou divergem. Dentre as que convergem, determine quais convergem absolutamente e quais convergem condicionalmente. 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. ∑ ( ) Lista Extra - Terceira Unidade.pdf LISTA EXTRA – TERCEIRA UNIDADE 01. Determine se as seguintes séries convergem ou divergem. ∑ ( ) Dica: Qual é a derivada da função ( ) ( ( )) ∑ ( ) ∑ ( ) ∑ ( ) ∑ ( ) ∑ ( ) Dica: Para ( ) quem é maior: ou ? ∑( ) √ ∑ ( ) 02. Calcule as somas das seguintes séries: ∑ ∑ ( ) ∑ ∑ 03. (a) Mostre que ( ) ∑ ( ) . (b) Mostre que . (c) Mostre que ∑ ( ) ( ) . 04. Mostre que ∑ ( ) Use isso para mostrar que ∑ ( )( ) 05. Obtenha uma representação em série de potências para a função abaixo e calcue seu raio de convergência ( ) √ 06. Mostre que o raio de convergência de uma série de potências ∑ ( ) pode ser calculado através da fórmula | |, desde que esse limite exista. Exercícios Cálculo 3 - Segunda Unidade.pdf Exercícios Cálculo 3 Segunda Unidade 01. Considere o toro obtido ao girar a circunferência ( ) , em torno do eixo . Se , vimos que uma parametrização para essa superfície é ( ) (( ) ( ) ), com . (a) Calcule o fluxo do campo ( ) ( ) através do toro, com vetor normal apontando para fora. (b) Use o item (a) e o Teorema da Divergência para calcular o volume desse toro. 02. Considere a superfície S dada pela parte do cilindro que está abaixo do plano , com vetor normal apontando para fora do cilindro. (a) Obtenha uma parametrização para a borda de S. (b) Considere o campo vetorial ( ) ( ). Use o Teorema de Stokes para calcular o fluxo do rotacional de através de S. (É mais viável calcular uma integral de linha ou escolher outra superfície com esse mesmo bordo?) (c) Refaça os itens (a) e (b), mas para a interseção da esfera com o plano 03. Considere o campo ( ) ( ( ) ( ) ( ) ). (a) Calcule a divergência de . (b) Calcule o fluxo do campo vetorial através da superfície esférica . Você pode usar o Teorema da Divergência para isso? (c) Calcule o fluxo do campo vetorial através de uma superfície esférica centrada no ponto ( ) e de raido . E agora, podemos usar o Teorema da Divergência? (d) Mostre que o fluxo desse campo através de uma superfície esférica centrada em ( ) mas de raio vale zero. 04. Considere o sólido limitado inferiormente pelo cone ( ) e superiormente pelo hemisfério , com campo normal apontando para fora, e o campo ( ) ( ). (a) Calcule a divergência do campo . (b) Calcule o fluxo de através de (c) Use o Teorema da Divergência e as informaçoes coletadas nos itens anteriores para calcular o fluxo de sobre . 05. Considere a superfície de equações paramétricas ( ) ( ), . (a) Mostre que o ponto ( ) pertence à superfície. (b) Encontre uma equação para o plano tangente à superfície nesse ponto. (c) Encontre uma equação cartesiana para . (d) Calcule a área da superfície . Aula 10 - Teorema de Stokes.pdf Respostas dos Exercícios Primeira Unidade Cálculo 3.pdf Respostas dos Exercícios das Aulas (Cálculo 3) Aula 2: Exercício: Calcule o comprimento das seguintes curvas: (a) √ (b) (c) Exercício: Reparametrize pelo comprimento de arco… (d) ( ( )) (( √ ) ( ( √ )) ( √ ) ( ( √ )) ) (e) ( ( )) ( ( ) ( )) Exercício: Calcule a integral de linha de sobre um arco de parábola e um segmento de reta vertical... Resposta: ( √ ) Exercício: Calcule as integrais de linha: (a) √ (b) ( √ ) (c) (d) (e) √ ( ) (f) ( ⁄ ) Exercício: Centro de massa e momentos de inércia de um arame: ( ( ) ) Exercício: Massa e centro de massa de arame com forma de hélice... √ ( ) ( ( ) ) Aula 3: Exercícios: Calcule as integrais de linha: (a) (b) (c) (d) Exercício: Calcule as integrais de linha (d) (a) (c) Exercício: Trabalho num círculo: Resposta: Exercício: Trabalho na cicloide: Resposta: Exercício: Trabalho na parábola: Resposta: ( ) Exercício: Trabalho num segmento de reta: Resposta: Exercício: (b) Sim. Aula 4: (a) (b) (c) (d) 0 (e) (f) -16 (g) – Exercício: Área entre o arco da curva (uma cicloide) e o eixo x: R.: Exercício: Mostrar que a integral de linha vale zero para toda curva fechada simples que não passe nem circunde a origem. Basta ver que as derivadas parciais de primeira ordem de P e Q são contínuas na região delimitada pela curva, que e aplicar o Teorema de Green. Aula 5: Exercício: Uma função potencial para o campo conservativo de um dos exemplos: R.: ( ) Exercício: Determinar se o campo é conservativo ou não, e se for, encontrar um potencial: (a) Não é. (b) É. ( ) (c) É. ( ) (d) É. ( ) (e) É. ( ) Exercício: Encontrar um potencial para o campo e calcular a integral de linha. (a) Copiei errado. Devia ser ( ) ( ). Nesse caso ( ) . A integral dá 2. (b) ( ) . A integral dá 4. (c) ( ) . A integral dá . (d) ( ) . A integral dá 77. (e) ( ) . A integral dá 0. (f) ( ) . A integral dá . Exercício: O de 2012.1 (a) Parametrização ( ) ( ( )), . Um vetor tangente é ( ) ( ( )( )). Os extremos de C s’ao ( ) ( ) e ( ) ( ). (b) ( ) . (c) 1 Teorema da Divergência - Exercícios.pdf TEOREMA DA DIVERGÊNCIA – EXERCÍCIOS 01. Considere o campo vetorial em {( )} definido por ⃗( ) ( √( ) √( ) √( ) ) (a) Calcule a divergência do campo ⃗. (b) Calcule diretamente o fluxo de ⃗ através da esfera , em relação ao campo normal que aponta para fora da esfera. (c) Explique por que não é correto usar o Teorema da Divergência para efetuar o cálculo acima. (d) Calcule o fluxo de ⃗ através do elipsoide , em relação ao campo normal que aponta para fora do elipsoide. 02. Mostre que podemos calcular o volume de um corpo sólido por meio de uma integral de superfície. 03. Considere o campo vetorial ⃗⃗( ) ( ( ) ( ) ( ) ) (a) Calcule a divergência do campo ⃗⃗. (b) Calcule o fluxo do campo através da superfície esférica . (c) Calcule o fluxo do campo através de uma superfície esférica de raio e centrada no ponto ( ). Podemos concluir o mesmo para . Em ambos os casos, justifique. 04. Calcule o fluxo do campo ⃗( ) ( ) através da fronteira do sólido limitado por com , e . 05. Seja a superfície do cubo de vértices ( ), ( ), ( ), ( ), ( ), ( ), ( ) e ( ), conforme ilustrado na figura abaixo: Considere o campo vetorial ⃗( ) ( ). (a) Calcule a divergência de ⃗. (b) Use o Teorema da Divergência para calcular o fluxo de ⃗ através da superfície do cubo, com campo normal apontando para fora. (c) Quais são os vetores normais a cada face do cubo? (d) Calcule, pela definição, o fluxo de ⃗ através de cada face do cubo, com relação aos vetores normais obtidos no item anterior. (e) Compare os resultados do item anterior com o obtido no item (b). 06. Calcule o fluxo do campo ⃗( ) ( ) através da superfície do sólido limitado pelo paraboloide e pelo plano , com orientação para fora do sólido. 07. Considere a superfície fechada , definida pelo gráfico de √ e pelos planos , e , e a região do espaço limitada por . (a) Esboce a superfície ilustrando o campo normal unitário que aponta para fora. (b) Calcule ( ⃗), onde ⃗( ) ( ). (c) Use o Teorema da Divergência para calcular a integral ∬ ⃗ ⃗ 08. Considere o campo vetorial ⃗( ) ( ( ) ( ) ) e seja a região do espaço delimitada superiormente pelo paraboloide e inferiormente pelo plano . Calcule o fluxo do campo ⃗ através da superfície fronteira do sólido , em relação à normal que aponta para fora de . 09. Sejam a fronteira da região {( ) } e o campo ⃗( ) ( ( ) ( ) ( ( )) ). Calcule o fluxo de ⃗ que sai da superfície (normal exterior). 10. Seja uma região fechada e limitada do , cuja fronteira é a união de duas superfícies e , orientadas com vetor normal exterior à região . Calcule o fluxo de ⃗ através de , onde ⃗( ) ( ( ) ( ) ), sabendo que é uma porção do plano com 6 unidades de área, que está abaixo do plano e que tem 20 unidades de volume. 11. Seja uma região fechada e limitada de , cuja fronteira é a união de duas superfícies e , orientadas com vetor normal exterior a . Calcule o fluxo de ⃗ através de , com ⃗( ) ( ), sabendo que é uma porção do plano com 5 unidades de área e que possui 30 unidades de volume. 12. Considere o campo vetorial ⃗( ) ( ) ( ) (a) Calcule o fluxo do campo ⃗ através da esfera , de centro na origem e raio , com vetor normal apontando para fora. (b) Calcule o fluxo de ⃗ através do cubo , , , com vetor normal apontando para fora. 13. Seja a região sólida delimitada pelo cilindro e pelos planos e . Seja a região sólida cônica acima de , delimitada pelo cone ( ), de vértice ( ) e pelos planos e . Seja agora a região sólida obtida como união das duas. Considere o campo de força ⃗( ) ( ( ) ) (a) Descreva a fronteira de , . (b) Calcule a componente normal de ⃗ sobre a face lateral de e sobre a sua face de baixo . (c) Calcule a divergência de ⃗. (d) Calcule o fluxo de ⃗ através da superfície lateral de (a porção do cone), com a orientação externa a . Aula 11 - Sequências.pdf Lista de Exercícios - Séries de Potências.pdf EXERCÍCIOS – SÉRIES DE POTÊNCIAS 01. (a) Represente a função ( ) como uma série de potências de , determinando o intervalo de convergência. (b) Use o item (a) para obter uma série de potências para a função ( ) , indicando também o seu intervalo de convergência. 02. Dada a série de potências ∑ ( ) √ , determine os valores de para os quais ela converge absolutamente, converge condicionalmente ou diverge. 03. (a) Encontre uma série para a função ( ) ( ) ao redor do ponto e determine seu intervalo de convergência. (b) Com a série obtida calcule ( ) . 04. Dada a seguinte série de potências determine os valores de para os quais ela converge. ∑ ( ) ( ) 05. (a) Encontre a expansão de Taylor da função ( ) ao redor do ponto . (b) Use o resultado para encontrar uma série de potências para a função definida por ( ) ∫ ( ) 06. Encontre o raio de convergência e o intervalo de convergência da série ∑ ( ) ( ) 07. Use derivação para encontrar a representação em série de potências para ( ) ( ) 08. (a) Encontre a série de Taylor em torno de da função . (b) Use o resultado do item anterior para encontrar a série de Taylor em torno de de ( ) . (c) Calcule ∫ como uma série infinita em torno de . 09. Determine o intervalo de convergência da série de potências ∑ ( ) 10. Encontre a série de Taylor centrada em da função ( ) ( ) especificando seu raio de convergência. (Sugestão: A partir da série geométrica, efetue derivação e substituição). 11. Determine o intervalo de convergência da série de potências abaixo. Analise os extremos. ∑( ) ( ) 12. Encontre a série de Maclaurin da função ( ). Use o resultado para encontrar a soma da série ∑ ( ) ( ) 13. (a) Encontre a função cuja série de Maclaurin é ∑ ( ) (b) Encontre o intervalo de convergência da série acima. 14. (a) Calcule o valor de ∑ ( ) . Dica: A série ∑ é a primitiva de uma função – qual? (b) Expresse a função ( ) ( ) em série de potências de 15. (a) Expresse a integral indefinida ∫ em série de potências de . (b) Determine o raio e o intervalo de convergência da série ∑ ( ) √ 16. Determine o raio de convergência e o intervalo de convergência das séries de potências abaixo: (a) ∑ ( ) (b) ∑ ( ) √ 17. Considere a função dada por ( ) ( ) . (a) Encontre a série de Taylor de em torno do ponto . (b) Determine o intervalo de convergência da série encontrada no item anterior. Gabarito Cálculo 3 3EE 2014.1.pdf Aula 5 - Campos Conservativos.pdf Terceira Prova Cálculo 3 2014.2.pdf UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO DEPARTAMENTO DE MATEMÁTICA – ÁREA II 3º EXERCÍCIO ESCOLAR DE CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL 3 SEGUNDO SEMESTRE DE 2014 - 28/01/2015 TURMAS T4 E T9 Questão 1 (cada item vale 1 ponto): Determine se as séries abaixo convergem ou divergem. Justifique suas respostas! (a) ∑ √𝑛 𝑛 𝑛4 ∞ 𝑛=1 (b) ∑ (−1)𝑛 ln 𝑛 𝑛 ∞ 𝑛=1 Questão 2 (cada item vale 1 ponto): Calcule a soma das séries abaixo. (a) ∑ 3 𝑛2 − 3𝑛 ∞ 𝑛=4 (b) ∑ 52𝑛+1 33𝑛+2 ∞ 𝑛=1 Questão 3 (2 pontos): Mostre que a série ∑ 1 𝑛(ln 𝑛)𝑝 ∞ 𝑛=2 (𝑝 > 0) converge para 𝑝 > 1 e diverge para 𝑝 ≤ 1. Questão 4: (a) (1,5) Determine o raio e o intervalo de convergência da série de potências ∑ (−1)𝑛(𝑥 + 2)𝑛 𝑛2𝑛 ∞ 𝑛=1 (b) (0,5) Para quais valores de 𝑥 a série acima converge absolutamente? Questão 5 (2 pontos): Encontre a série de Taylor centrada em 𝑎 = 0 da função 𝑓(𝑥) = 𝑥 (1 − 2𝑥)2 Boa Prova!!! Aula 6 - Superfícies Parametrizadas e Áreas.pdf Gabarito 3EE C3 2014.2.pdf Gabarito Final C3 2014.2.pdf Aula 4 - Teorema de Green.pdf Aula 2 - Integrais de Linha, parte 1.pdf Aula 7 - Integrais de Superfície, parte 1.pdf Gabarito Exame Final Cálculo 3 2014.1.pdf Gabarito Segunda Chamada Cálculo 3 2014.1.pdf Aula 1 - Curvas Paramétricas e Comprimento de Arco.pdf Aula 9 - Teorema de Gauss (da divergência).pdf Terceira Prova Cálculo 3 2014.2 (1).pdf UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO DEPARTAMENTO DE MATEMÁTICA – ÁREA II 3º EXERCÍCIO ESCOLAR DE CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL 3 SEGUNDO SEMESTRE DE 2014 - 28/01/2015 TURMAS T4 E T9 Questão 1 (cada item vale 1 ponto): Determine se as séries abaixo convergem ou divergem. Justifique suas respostas! (a) ∑ √𝑛 𝑛 𝑛4 ∞ 𝑛=1 (b) ∑ (−1)𝑛 ln 𝑛 𝑛 ∞ 𝑛=1 Questão 2 (cada item vale 1 ponto): Calcule a soma das séries abaixo. (a) ∑ 3 𝑛2 − 3𝑛 ∞ 𝑛=4 (b) ∑ 52𝑛+1 33𝑛+2 ∞ 𝑛=1 Questão 3 (2 pontos): Mostre que a série ∑ 1 𝑛(ln 𝑛)𝑝 ∞ 𝑛=2 (𝑝 > 0) converge para 𝑝 > 1 e diverge para 𝑝 ≤ 1. Questão 4: (a) (1,5) Determine o raio e o intervalo de convergência da série de potências ∑ (−1)𝑛(𝑥 + 2)𝑛 𝑛2𝑛 ∞ 𝑛=1 (b) (0,5) Para quais valores de 𝑥 a série acima converge absolutamente? Questão 5 (2 pontos): Encontre a série de Taylor centrada em 𝑎 = 0 da função 𝑓(𝑥) = 𝑥 (1 − 2𝑥)2 Boa Prova!!! Teorema de Stokes - Exercícios.pdf EXERCÍCIOS – TEOREMA DE STOKES 01. Seja 𝐶 a curva interseção do cilindro de equação 𝑥² + 𝑦² = 1 com o paraboloide hiperbólico 𝑧 = 2𝑥𝑦. (a) Parametrize 𝐶 no sentido anti-horário quando vista de cima. (b) Calcule o rotacional do campo �⃗�(𝑥, 𝑦, 𝑧) = (𝑦 + sen 𝑥 , 𝑧2 + cos 𝑦 , 𝑥3). (c) Calcule ∫ (𝑦 + sen 𝑥)𝑑𝑥 + (𝑧2 + cos 𝑦)𝑑𝑦 + 𝑥³𝑑𝑧 𝐶 . 02. Seja 𝑆 a porção do paraboloide 𝑧 = 𝑥² + 2𝑦² que fica abaixo do plano 4𝑥 + 4𝑦 − 𝑧 + 3 = 0. Considere o campo vetorial �⃗�(𝑥, 𝑦, 𝑧) = (− sen 𝑧 cos 𝑧 − (4 + √2)𝑦, 3 + ln(𝑦6 + 1) , 2𝑦 cos2 𝑧). (a) O que é a fronteira 𝐶 de 𝑆? Identifique-a por meio de equações e mostre que para parametrizar 𝑆 como gráfico de uma função é possível usar um domínio D de forma {(𝑥, 𝑦) ∈ ℝ2 ∶ (𝑥−𝑥0)² 𝑎² + (𝑦−𝑦0)² 𝑏² ≤ 1}, encontrando 𝑥0, 𝑦0, 𝑎 e 𝑏. (b) Encontre outra superfície limitada cuja fronteira é 𝐶, parametrize-a e encontre um vetor normal. (c) Calcule o rotacional de �⃗�. (d) Calcule o fluxo do rotacional de �⃗� através de 𝑆. 03. Calcule o trabalho realizado pelo campo �⃗�(𝑥, 𝑦, 𝑧) = (2𝑦, −𝑧, 2𝑥) no deslocamento de uma partícula sobre a curva de interseção do cilindro 𝑥² + 𝑦² = 4 com o plano 2𝑦 + 𝑧 = 0, orientada no sentido anti-horário quando vista de cima. 04. Considere o campo vetorial �⃗�(𝑥, 𝑦, 𝑧) = (𝑥𝑦2, 3𝑧, 5𝑦). (a) Calcule 𝑟𝑜𝑡 �⃗�. (b) Parametrize a porção do plano 𝑥 + 𝑧 = 4 limitada pelo cilindro 𝑥² + 𝑦² = 16. (c) Use o Teorema de Stokes para calcular ∫ �⃗� ∙ 𝑑𝑟 𝐶 , onde 𝐶 é a curva obtida pela interseção entre o plano 𝑥 + 𝑧 = 4 e o cilindro 𝑥² + 𝑦² = 16, orientada no sentido anti- horário quando vista de cima. 05. Considere a porção da esfera 𝑥² + 𝑦² + 𝑧² = 9 que está no primeiro octante. Seja �⃗�(𝑥, 𝑦, 𝑧) = (𝑒𝑥 2 cos 𝑥 + 𝑧2, 0, 0). Calcule ∫ �⃗� ∙ 𝑑𝑟 𝐶 , onde 𝐶 é a fronteira desta porção, orientada no sentido anti-horário quando vista da origem. 06. Sejam 𝐻 o hemisfério 𝑥² + 𝑦² + 𝑧² = 1 e 𝑧 ≥ 0 e 𝑃 a superfície definida por 𝑧 = 1 − (𝑥2 + 𝑦2) e 𝑧 ≥ 0. (a) Verifique que 𝐻 e 𝑃 são superfícies com bordo. Encontre o bordo de ambas as superfícies e verifique que são iguais. (b) Seja �⃗� um campo de vetores contínuo com derivadas parciais contínuas definido em ℝ³. Sejam 𝑛𝐻 o campo normal unitário em 𝐻 e 𝑛𝑃 o campo normal unitário em 𝑃, ambos com terceira componente positiva (apontando para cima). Mostre que ∬ 𝑟𝑜𝑡(�⃗�) ∙ 𝑛𝐻𝑑𝑆 𝐻 = ∬ 𝑟𝑜𝑡(�⃗�) ∙ 𝑛𝑃𝑑𝑆 𝑃 07. Considere a curva 𝐶 interseção do cilindro 𝑥² + 𝑦² = 4 com o plano 𝑧 = 𝑥 + 4 e o campo �⃗�(𝑥, 𝑦, 𝑧) = (2𝑧, 4𝑥, 5𝑦). (a) Use o Teorema de Stokes para calcular ∫ �⃗� ∙ 𝑑𝑟 𝐶 . (b) Explicite uma parametrização de 𝐶 compatível com o vetor normal usado no item anterior. 08. Considere a superfície 𝑆 definida por 𝑧 = 1 − 𝑥2 − 𝑦² com 𝑧 ≥ 0 e o campo de vetores �⃗�(𝑥, 𝑦, 𝑧) = (−𝑦 + cos 𝑥 , 𝑥, 𝑥2 + 𝑦2). (a) Determine o elemento de áres 𝑑𝑆 e o campo normal unitário �⃗⃗� (que aponta para cima) da superfície 𝑆. (b) Calcule 𝑟𝑜𝑡 �⃗�. (c) Use o Teorema de Stokes para calcular a integral de linha ∫ �⃗� ∙ 𝑑𝑟 𝐶 , onde 𝐶 é a fronteira da superfície 𝑆 orientada no sentido anti-horário quando vista de cima. 09. Considere o campo �⃗�(𝑥, 𝑦, 𝑧) = (𝑥 sen(𝑥𝑧) + 𝑒𝑦 5𝑧3 , 𝑦2, 1) e seja 𝑆 a parte do hemisfério 𝑥 = √9 − 𝑦2 − 𝑧² que está dentro do cilindro 𝑦² + 𝑧² = 4. Calcule, usando o Teorema de Stokes, ∬ 𝑟𝑜𝑡�⃗� ∙ 𝑑𝑆 𝑆 , em relação ao campo normal que tem a primeira componente positiva. 10. Considere o campo vetorial �⃗�(𝑥, 𝑦, 𝑧) = (𝑦(sen 𝑧 − 1), 0, 0) e 𝑆 a porção do paraboloide 𝑧 = 1 − 𝑥2 − 𝑦² acima do plano 𝑧 = 0. (a) Parametrize a superfície 𝑆. (b) Calcule o fluxo do rotacional de �⃗� através da superfície 𝑆 com a normal apontando para cima. 11. Calcule ∬ 𝑟𝑜𝑡�⃗� ∙ 𝑑𝑆 𝑆 , onde �⃗�(𝑥, 𝑦, 𝑧) = (𝑥 − 𝑥2𝑧, 𝑦𝑧3 − 𝑦2, 𝑥2𝑦 − 𝑥𝑧) e 𝑆 é a superfície 𝑥2 4 + 𝑦2 9 + 𝑧2 16 = 1 e 𝑧 ≥ 0, com a normal apontando para fora de 𝑆. CálculoIII2014(I)Gabarito.pdf Ca´lculo III. Ia Prova. Gabarito. 04-05-2014 Ia Questa˜o (1.0p) i) (0.5p) Escreva a equac¸a˜o parame´trica da curva γ, cuja equac¸a˜o em polares e´ r = 1 + cos t, 0 ≤ t ≤ pi. Escreveu a parametrizao (0.5p); ii) (0.5p) Ache a equac¸a˜o da reta tangente a curva γ, num ponto P ∈ γ, que dista 32 da origem (‖OP‖ = 32 ). achou o ponto, (0.3p); escreveu a reta (0.2p) IIa Questa˜o (2p) i) (1p) Represente o campo ~F (x, y) = (− yx2+y2 , xx2+y2 ), nos pontos do circulo centrado em zero e de raio R; prove que ‖~F (x, y)‖ e´ constante se x2 + y2 = R2 e que ~F (x, y) e´ tangente a este circulo. calculou a intensidade (norma) do campo nos pontos do circulo (0.3p); achou a tangente ao circulo (0.2); verificou o paralelismo(0.2); desenho (0.3) ii) (1p) Calcule o trabalho do campo ~F sobre circulo x2 + y2 = R2, percorrido no sentido hora´rio; interprete o resultado obtido. Calculo o trabalho (0,8); Intepretao: ∫ γ ~F ~dr = ∫ γ ~F ~Tds = ∫ γ 1 Rds = 2pi, ja´ que o campo ~F e´ paralelo com o campo tangemte ~T e ‖~F‖ = 1R , ou similar, (0, 2p). IIIa Questa˜o (3p) Calcule a massa do arco da elipse x 2 a2 + y2 b2 = 1, x > 0, y > 0, se a densidade e´ ρ(x, y) = xy. parametrizou (0.5p); calculou elemento de arco (1p); montou a integral (0.5p); calculou a integral (1p) IV a Questa˜o (2p) Seja o campo ~F (x, y) = (ln(y) + 2xy3)~i+ (3x2y2 + x y )~j. Typeset by AMS-TEX 1 2 Mostre que ∫ γ ~F ~dr = pi2 4 , onde γ(t) = (t, esin(cos t)), 0 ≤ t ≤ pi2 . achou o potencial (1p); usou coretamente o teorema funamental de clculo (1p); obs: se apenas verificou que conservativo (rotF=0+dominio s. conexo) e enun- ciou o teorema fundamental, (1p); se apenas verificou rotF-0+usou, (0.5p) V a Questa˜o (2p) Seja γ(t) = (sin t, sin t cos t), t ∈ [0, pi]. i) (0.5p) Mostre que γ e´ uma curva fechada e simples e ache o sentido de percurso (trigonome´trico ou hora´rio). verificou que a curva fechada (0.3p); verificou que simples ou achou sentido de percurso ...(0.2p) ii) (0.5p) Seja D a regia˜o do plano delimitada por γ. Mostre que Area(D) = | ∫ γ xdy|. usou Green, (0.5p); (se no levou em conta o sentido da curva, (-0.1p)) iii) (1p) Use este fato (ou o me´todo de sua prefereˆncia) para calcular a a´rea da regia˜o plana delimitada pela curva γ. montou a integral (0.5p); calculou a integral (0.5p) Exame Final Cálculo 3 2014.2.pdf UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO DEPARTAMENTO DE MATEMÁTICA – ÁREA II EXAME FINAL DE CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL 3 SEGUNDO SEMESTRE DE 2014 – 11/02/2015 TURMAS T4 E T9 Questão 1: (a) (1,0) Calcule o comprimento de arco da curva de parametrização 𝑟(𝑡) = (cos3 𝑡 , sen3 𝑡), 0 ≤ 𝑡 ≤ 𝜋/2 (b) (1,0) Mostre que a área 𝐴 de uma região plana simplesmente conexa 𝑅, cuja fronteira é uma curva 𝐶 lisa por partes, fechada, simples e orientada positivamente pode ser calculada através da fórmula 𝐴 = 1 2 ∫ 𝑥𝑑𝑦 − 𝑦𝑑𝑥 𝐶 (c) (1,0) Use o item (b) para calcular a área envolvida pela elipse 𝑥2 𝑎2 + 𝑦2 𝑏2 = 1 Questão 2: Considere o campo vetorial �⃗�(𝑥, 𝑦, 𝑧) = (𝑥𝑧, 𝑥𝑦, 3𝑥𝑧) e seja 𝐶 a borda da porção 𝑆 do plano 2𝑥 + 𝑦 + 𝑧 = 2 no primeiro octante, percorrida no sentido anti-horário. (a) (1,0) Calcule o rotacional de �⃗�. (b) (0,5) Exiba um vetor normal unitário para 𝑆 que seja condizente com a orientação de sua borda. Justifique sua resposta. (c) (1,0) Use o Teorema de Stokes para calcular ∫ �⃗� ∙ 𝑑𝑟 𝐶 Questão 3: Considere o campo vetorial �⃗�(𝑥, 𝑦, 𝑧) = (𝑥3, 𝑦3, 𝑧3) e seja 𝐸 o sólido limitado pelo hemisfério 𝑧 = √1 − 𝑥2 − 𝑦2 e pelo plano 𝑧 = 0. (a) (0,5) Faça um esboço do sólido 𝐸. (b) (0,5) Calcule a divergência de �⃗�. (c) (1,0) Calcule o fluxo �⃗� através da fronteira do sólido 𝐸, com orientação para fora. Questão 4: Considere a função 𝑓(𝑥) = 𝑥2 (1 + 3𝑥)3 (a) (1,5) Obtenha uma representação em série de potências para 𝑓(𝑥). (b) (1,0) Qual o intervalo de convergência da série obtida em (a)? Boa prova!!! Lista Revisão Séries.pdf 01. Determine se as seguintes séries convergem ou não. ∑ ( ) ∑ √ ∑ ( ) ∑ ( ) ∑ ( ) ∑ ( ) √ 02. Mostre que ( ) . 03. Use séries para calcular o limite ( ) 04. Prove que, se a série ∑ for absolutamente convergente, então a série ∑( ) é absolutamente convergente também. 05. (a) Use a série de Taylor de para mostrar que . (b) Use o item (a) para mostrar que . 06. Mostre que a série de Maclaurin de ( ) √ é ∑ ( ) 07. Mostre que ∑ ( ) ( ) Cálculo Diferencial e Integral 3 - aula 1.pdf Cálculo Diferencial e Integral 3 – Aula 1 1. Introdução: No curso de Cálculo 3 trataremos de diversos tipos de funções. Podemos destacar os seguintes: (a) Funções reais: Uma função real tem como contradomínio o conjunto dos números reais. Seu domínio é, em geral, ℝ, ℝ² ou ℝ³ (ou algum subconjunto desses conjuntos). Assim, funções reais são aquelas que estudamos em Cálculo 1 e em Cálculo 2. Exemplos: ( ) , ( ) ( ) ou ( ) . (b) Funções vetoriais: Como o próprio nome já diz, uma função vetorial tem como “saída” um vetor. Em geral, seu contradomínio será ℝ² ou ℝ³. No nosso curso, consideraremos funções vetoriais de uma ou de duas variáveis. Representaremos funções vetoriais em negrito, como nos exemplos a seguir. Exemplos: ( ) ( ) ou ( ) ( ). (c) Campos vetoriais: Um campo vetorial é uma função cujo domínio e contradomínio são conjuntos de vetores. Por exemplo, uma função ℝ ℝ ou ℝ ℝ , que a cada ponto do plano (ou do espaço) associam um vetor bidimensional (ou tridimensional). Campos vetoriais são muito utilizados em Física para modelar um campo (gravitacional, elétrico, magnético, etc). Exemplos: ( ) ( ) ou ( ) ( ). 2. Curvas parametrizadas: Inicialmente vamos considerar apenas funções vetoriais de uma única variável. Assim como para funções reais, podemos definir o limite de uma função vetorial: basta calcular o limite em cada coordenada. Assim, temos a Definição: Se ( ) ( ( ) ( ) ( )), então ( ) ( ( ) ( ) ( )) desde que os limites das funções coordenadas existam. Obs.: Os limites de uma função vetorial obedecem às mesmas regras que aprendemos em Cálculo 1 para limites de uma função real de uma variável (por exemplo: limite da soma = soma dos limites, limite da multiplicação de uma função por uma constante = a constante multiplicada pelo limite da função, limite do produto escalar = produto escalar dos limites e limite do produto vetorial = produto vetorial dos limites). Já que definimos limite de uma função vetorial, nada mais natural que definir continuidade para essas funções. Como já era esperado, diremos que a função vetorial ( ) é contínua em se ( ) ( ). Diremos que ( ) é contínua (sem especificar o ponto) se for contínua em todos os pontos de seu domínio. Obs.: Olhando para a definição de limite acima, é claro que ( ) é contínua em se, e somente se, suas funções coordenadas , e forem todas contínuas em a. Exemplo: São contínuas as funções vetoriais ( ) ( ) e ( ) ( ), pois suas funções coordenadas são contínuas em todo ponto. Uma curva parametrizada nada mais é que a imagem de uma função vetorial contínua. Então, se ( ) ( ( ) ( ) ( )) é contínua em um certo intervalo , o conjunto dos pontos ( ) do espaço tais que ( ), ( ) e ( ) com variando no intervalo é uma curva espacial (analogamente, definimos as curvas planas). Nesse caso, a variável é chamada de parâmetro da curva, e as equações acima são as equações paramétricas de . Dizemos também que a função ( ) ( ( ) ( ) ( )), , é uma parametrização da curva . Obs.: Diremos que uma curva , de parametrização ( ), , é simples se ( ) ( ) se (a única exceção permitida é termos ( ) ( ). Nesse caso a curva é dita fechada). Assim, uma curva é simples se não se auto-intersecta em um ponto que não seja extremidade, e é fechada se o ponto inicial coincide com o final. Exemplo: A curva definida pela função vetorial ( ) ( ) é a reta que passa pelo ponto ( ) e é paralela ao vetor ( ). Exemplo: A curva definida pela função vetorial ( ) ( ) é tal que , logo o ponto ( ) da curva deve pertencer ao cilindro circular . Além disso, à medida que aumentamos , a altura do ponto também aumenta, logo o desenho da curva forma uma espiral sobre o cilindro. Essa curva é chamada de hélice. Exemplo: Uma parametrização do segmento de reta ligando os pontos ( ) e ( ) pode ser obtida tomando o vetor ⃗⃗⃗⃗ ⃗ ( ). Podemos formar a parametrização fazendo a equação ( ) ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗, , ou seja, temos ( ) ( ), . Exemplo: Uma parametrização para a circunferência de centro ( ) e raio pode ser ( ) ( ), Basta lembrar da circunferência trigonométrica estudada no ensino médio. Exemplo: Qual a curva representada pela parametrização ( ) ( ( ) ( )), ? Bem, como ( ) ( ) , a imagem da curva está sobre a circunferência do exemplo anterior. No entanto, como varia de a o ponto ( ) dá duas voltas sobre a circunferência no sentido anti-horário. Obs.: Os dois exemplos anteriores mostram a diferença entre uma curva e uma curva parametrizada. No primeiro caso, só o conjunto de pontos importa, enquanto no segundo, importam os pontos e a ordem em que eles são percorridos. Exemplo: A parametrização da curva obtida pela interseção do cilindro com o plano terá que ter e satisfazendo e , ( ), pois ( ) está no cilindro. Como , temos , e a parametrização da curva é ( ) ( ), , que graficamente vemos ser uma elipse inclinada. Exercício: Obtenha uma parametrização para a curva obtida pela interseção do cilindro e a superfície . Exemplo: Obtenha as equações paramétricas da curva de interseção do cone √ e o plano . Igualando as equações, temos √ , logo , portanto . Fazendo , obtemos ( ) e ( ) . A parametrização é ( ) ( ). Exemplo: Obtenha as equações paramétricas da curva de interseção do parabolóide com o cilindro parabólico . Tomando , temos e . Logo, uma parametrização é ( ) ( ) Exercício: Obtenha equações paramétricas para a curva de interseção do cilindro parabólico com a metade superior do elipsóide . Exercício: Duas partículas viajam ao longo das curvas espaciais ( ) ( ) e ( ) ( ). As partículas colidem? Suas trajetórias se interceptam? Exercícios Cálculo 3 Primeira Unidade.pdf Exercícios (Cálculo 3) Questão 1: Calcule a area da região D limitada pela curva de parametrização ( ) ( ( ) ( )), , onde (essa curva é chamada astroide). Resposta: Questão 2: Considere o campo vetorial ( ) ( ( ) ( ) ) em ( ) e sejam e , respectivamente, as circunferências e ( ) , ambas percorridas no sentido anti-horário. (a) Calcule ∫ . (b) Sendo ( ), mostre que . (c) Use o Teorema de Green para calcular ∫ . Questão 3: Calule a massa e o centro de massa de um arame fino no formato de um arco de circunferência , com e , sabendo que a função densidade é ( ) . Questão 4: Se uma curva tem equação ( ), em coordenadas polares, mostre que seu comprimento pode ser calculado pela fórmula ∫ √ ( ) Considere a curva de equação polar . Calcule seu comprimento com . Parametrize essa curva (ou seja, obtenha ( ) ( ( ) ( ))). Que curva é essa? Verifique que seu cálculo para o comprimento está certo. Dica: Para parametrizar a curva, lembre-se que a relação entre as coordenadas retangulares e polares é dada por e . Questão 5: Considere o campo vetorial ( ) ( ) e a curva C de parametrização ( ) ( ), . (a) Calcule o comprimento da curva. (b) Mostre que o campo é conservativo. (c) Calcule ∫ Segunda Chamada Cálculo 3 2014.2.pdf UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO DEPARTAMENTO DE MATEMÁTICA – ÁREA II SEGUNDA CHAMADA DE CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL 3 SEGUNDO SEMESTRE DE 2014 – 05/02/2015 TURMAS T4 E T9 Questão 1: Considere o campo vetorial �⃗�(𝑥, 𝑦) = (𝑒𝑦, 𝑥𝑒𝑦) definido no plano 𝑥𝑦. (a) Verifique que o �⃗� é um campo conservativo sem calcular explicitamente um potencial. (b) Calcule uma função potencial para �⃗�. (c) Determine o trabalho realizado pelo campo em uma partícula que se move de (1, 0) até (−1, 0) ao longo do semicírculo 𝑥2 + 𝑦2 = 1, 𝑦 ≥ 0. Questão 2: Considere o campo vetorial espacial �⃗�(𝑥, 𝑦, 𝑧) = (𝑥3, 𝑦3, 𝑧2) e seja 𝐸 a região sólida limitada pelo cilindro 𝑥2 + 𝑦2 = 9 e pelos planos 𝑧 = 0 e 𝑧 = 2. (a) Faça um esboço da região 𝐸. (b) Calcule a divergência do campo �⃗�. (c) Calcule o fluxo de �⃗� através de 𝐸. Questão 3: Considere o campo vetorial espacial �⃗�(𝑥, 𝑦, 𝑧) = (𝑥2, 4𝑥𝑦, 𝑦2𝑥) e o retângulo 𝐶 no plano 𝑧 = 𝑦 mostrado na figura abaixo (a) Calcule o rotacional do campo �⃗�. (b) Calcule o trabalho realizado por �⃗� para deslocar uma partícula ao longo de 𝐶. Questão 4: Determine o intervalo de convergência e o raio de convergência da série de potências ∑ (−1)𝑛𝑥𝑛 3𝑛(𝑛 + 1) ∞ 𝑛=0 Boa Prova!!! Gabarito 2EE Cálculo 3 2014.1.pdf Teorema da Divergência - Exercícios.docx TEOREMA DA DIVERGÊNCIA – EXERCÍCIOS 01. Considere o campo vetorial em definido por Calcule a divergência do campo . Calcule diretamente o fluxo de através da esfera , em relação ao campo normal que aponta para fora da esfera. Explique por que não é correto usar o Teorema da Divergência para efetuar o cálculo acima. Calcule o fluxo de através do elipsoide , em relação ao campo normal que aponta para fora do elipsoide. 02. Mostre que podemos calcular o volume de um corpo sólido por meio de uma integral de superfície. 03. Considere o campo vetorial Calcule a divergência do campo . Calcule o fluxo do campo através da superfície esférica . Calcule o fluxo do campo através de uma superfície esférica de raio e centrada no ponto . Podemos concluir o mesmo para . Em ambos os casos, justifique. 04. Calcule o fluxo do campo através da fronteira do sólido limitado por com , e . 05. Seja a superfície do cubo de vértices , , , , , , e , conforme ilustrado na figura abaixo: Considere o campo vetorial . Calcule a divergência de . Use o Teorema da Divergência para calcular o fluxo de através da superfície do cubo, com campo normal apontando para fora. Quais são os vetores normais a cada face do cubo? Calcule, pela definição, o fluxo de através de cada face do cubo, com relação aos vetores normais obtidos no item anterior. Compare os resultados do item anterior com o obtido no item (b). 06. Calcule o fluxo do campo através da superfície do sólido limitado pelo paraboloide e pelo plano , com orientação para fora do sólido. 07. Considere a superfície fechada , definida pelo gráfico de e pelos planos , e , e a região do espaço limitada por . Esboce a superfície ilustrando o campo normal unitário que aponta para fora. Calcule , onde . Use o Teorema da Divergência para calcular a integral 08. Considere o campo vetorial e seja a região do espaço delimitada superiormente pelo paraboloide e inferiormente pelo plano . Calcule o fluxo do campo através da superfície fronteira do sólido , em relação à normal que aponta para fora de . 09. Sejam a fronteira da região e o campo . Calcule o fluxo de que sai da superfície (normal exterior). 10. Seja uma região fechada e limitada do , cuja fronteira é a união de duas superfícies e , orientadas com vetor normal exterior à região . Calcule o fluxo de através de , onde , sabendo que é uma porção do plano com 6 unidades de área, que está abaixo do plano e que tem 20 unidades de volume. 11. Seja uma região fechada e limitada de , cuja fronteira é a união de duas superfícies e , orientadas com vetor normal exterior a . Calcule o fluxo de através de , com , sabendo que é uma porção do plano com 5 unidades de área e que possui 30 unidades de volume. 12. Considere o campo vetorial Calcule o fluxo do campo através da esfera , de centro na origem e raio , com vetor normal apontando para fora. Calcule o fluxo de através do cubo , , , com vetor normal apontando para fora. 13. Seja a região sólida delimitada pelo cilindro e pelos planos e . Seja a região sólida cônica acima de , delimitada pelo cone , de vértice e pelos planos e . Seja agora a região sólida obtida como união das duas. Considere o campo de força Descreva a fronteira de , . Calcule a componente normal de sobre a face lateral de e sobre a sua face de baixo . Calcule a divergência de . Calcule o fluxo de através da superfície lateral de (a porção do cone), com a orientação externa a . Exercícios Cálculo 3 - Integrais de Superfícies.pdf Exercícios Cálculo 3 14/05/2014 01. Calcule a área da região do plano contida no interior do cilindro . Resposta: √ 02. Calcule a massa da superfície S dada por , , cuja função densidade num ponto é √ . Resposta: 03. Calcule o fluxo do campo vetorial através da porção do plano situada no primeiro octante, em relação ao campo normal que aponta para baixo. Resposta: 04. Calcule o fluxo do campo através do helicoide , com e . Resposta: 05. Calcule a área da superfície S de parametrização , , . Resposta: √ 06. Calcule a massa da superfície da questão anterior se a densidade é . Resposta: √ Gabarito 1EE Cálculo 3 2014.2.pdf Aula 16 - Derivação e Integração de Séries de Potência.pdf Aula 8 - Integrais de Superfície, parte 2.pdf Gabarito 2a Chamada C3 2014.2.pdf Aula 15 - Séries de Potência.pdf Aula 14 - Convergência Absoluta.pdf Aula 13 - Séries de Termos Positivos.pdf Aula 12 - Séries Numéricas.pdf Gabarito 2EE Cálculo 3 2014.2.pdf Aula 3 - Integrais de Linha, parte 2.pdf
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