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Criado por Edson Mendes 1 PREFÁCIO Esta obra é o resultado de cinco anos de trabalho como professor de Cálculo Diferencial e Integral I, II, III e IV, dos cursos de Licenciatura em Matemática, Engenharia de Produção Mecânica e Engenharia Civil no Centro Universitário Nove de Julho (UNINOVE). As “Notas de aulas” aqui apresentadas foram especialmente desenvolvidas, respeitando o conteúdo programático dos cursos acima mencionados, para que os alunos tenham uma visão geral da disciplina e que assim possam melhorar o aproveitamento quando das consultas à bibliografia oficial adotada, bem como bibliografias complementares à que os mesmos possam ter acesso. Nossa intenção não é, em hipótese alguma, substituir a bibliografia oficial, mas sim, como já mencionado, servir como apoio, para que os alunos compreendam melhor os conceitos que muitas vezes são apresentados com rigores matemáticos que, num primeiro momento não são assimilados. Outra motivação para o desenvolvimento deste trabalho é a de dinamizar as aulas, pois a velha receita, onde o professor descreve o conteúdo na lousa para que o aluno o copie em seu caderno, com certeza tende a não surtir o efeito desejado, pois em de um modo geral, a assimilação do conteúdo não é a adequada. Pensando nisso, estas notas são disponibilizadas gratuitamente aos alunos, por meio eletrônico, para que os mesmos não tenham a necessidade de copiar o conteúdo da lousa, deixando o professor apto a ministrar suas aulas com mais liberdade e dinamismo, com isso o professor também encontra mais tempo para desenvolver os exercícios que estão disponíveis em quantidade ideal para o trabalho em sala. Não apresentamos listas extensas, justamente para que o aluno seja incentivado pelo professor a consultar a bibliografia oficial e nelas aprofundar seus conhecimentos e praticar sempre. As primeiras versões das “Notas de aulas” foram apresentadas divididas em quatro módulos de 18 aulas, os quais contemplavam respectivamente os programas de Cálculo I, II, III e IV. Já nesta versão, apresentamos este trabalho num novo formato gráfico, onde as aulas foram renomeadas por capítulos, tal mudança se tornou necessária no momento em que as grades curriculares dos cursos foram remanejadas e o conteúdo foi redistribuído em Cálculo I, II e III. O novo formato também auxilia o professor, pois o mesmo pode apresentar os conteúdos de maneira mais adequada a cada turma. Este trabalho já é amplamente adotado como apoio didático por vários professores da UNINOVE, que aprovaram o conteúdo e também sugeriram mudanças e adaptações que foram prontamente atendidas, pois todos nós visamos a melhoria do nível de ensino de nossos alunos. Sempre lembrando que todos nós que utilizamos este material temos a consciência de que ele não é um substitutivo da bibliografia oficial, mas sim mais um “colega” que vai auxiliar, e muito, os alunos em suas consultas aos livros didáticos adotados pela UNINOVE. Temos esperança que um dia nossas “Notas de aulas” se tornem material plenamente aceito pelos colegas professores e que possam fazer parte da bibliografia oficial da UNINOVE, porém neste momento, nos sentimos honrados por colaborar, mesmo singelamente, com a formação de nossos futuros professores e engenheiros, auxiliando-os em suas consultas aos livros dos renomados autores que tem a coragem de discursar sobre este fascinante ramo da matemática que é o Cálculo Diferencial e Integral. Sinceramente, Prof. E. Mendes. fev/2006 Criado por Edson Mendes 2 R-Q CAPÍTULO 1 NÚMEROS REIAS ( R ) R N Z Q N : Conjunto dos números naturais N = { 0, 1, 2, 3, 4, 5, ... }. Z : Conjunto dos números inteiros Z = { ..., -5, -4, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, 4, 5, ... }. Q : Conjunto dos números racionais Z = { x = acom b a Z e b Z* }. R – Q : Conjunto dos números irracionais R – Q = { ..., - , ..., - 3 , ..., 2 , ... } . FUNÇÃO COMPOSTA Sejam : f(x) : A B g(x) : B C Chamamos de função composta de g e f à função h(x) : A C onde ... h(x) = g(f(x)) ou (g f)(x) , para todo x em A. Esquematicamente temos ... N Z Q Criado por Edson Mendes 3 A B C f(x) g(x) h(x) = g(f(x)) ou (g f)(x) Notas : 1 ) A composta g f só está definida quando CDf = Dg . 2 ) Pode existir também a composta h2(x) : B A = f(g(x)) ou (f g)(x) , para todo x em B. Esquematicamente temos ... B C A g(x) f(x) h2(x) = f(g(x)) ou (f g)(x) 3 ) Na maioria das vezes temos g f f g . Exemplos : 1 ) Sejam : f(x) = x + 3 g(x) = x 2 Determine … (g f)(x) e (f g)(x), para x = -1 Resolução : ● h(x) = (g f)(x) ou g(f(x)) = g( x + 3 ) = ( x + 3 ) 2 (g f)(x) = x 2 + 6x + 9. h(-1) = (g f)(-1) ou g(f(-1)) = g( -1 + 3 ) = ( -1 + 3 ) 2 = (-1) 2 + 6(-1) + 9 = 1 – 6 + 9 = 4. Criado por Edson Mendes 4 Comprovando ... f(-1) = (-1 ) + 3 = -1 + 3 f(-1) = 2 . Portanto, (g f)(-1) = g(f(-1)) = g(2) = 2 2 (g f)(-1) = 4. ● h2(x) = (f g)(x) ou f(g(x)) = f(x 2 ) = (x 2 ) + 3 (f g)(x) = x 2 + 3. h2(x) = (f g)(-1) ou f(g(-1)) = f((-1) 2 ) = ((-1) 2 ) + 3 = 1 + 3 (f g)(-1) = 4. Comprovando ... g(-1) = (-1) 2 g(-1) = 1 . Portanto, (f g)(-1) = f(g(-1)) = f(1) = 1 + 3 (f g)(-1) = 4. 2 ) Sejam : f(x) = x 2 + 4 g(x) = 3x –1 Determine … (g f)(x) e (f g)(x), para x = 2 Resolução : ●h(x) = (g f)(x) ou g(f(x)) = g( x 2 + 4 ) = 3( x 2 + 4 ) – 1 = 3x2 + 12 – 1 (g f)(x) = 3x 2 + 11. h(2) = (g f)(2) ou g(f(2)) = g( 2 2 + 4 ) = 3( 2 2 + 4 ) - 1= 3.(2) 2 + 12 - 1 = 3.(2) 2 + 11 = 23. Comprovando ... f(2) = (2) 2 + 4 = 4 + 4 f(2) = 8 . Portanto, (g f)(2) = g(f(2)) = g(8) = 3.8 – 1 (g f)(2) = 23. ● h2(x) = (f g)(x) ou f(g(x)) = f(3x - 1) = [(3x – 1) 2 ] + 4 = 9x 2 – 6x +1 + 4 (f g)(x) = 9x 2 - 6x + 5 . h2(2) = (f g)(2) ou f(g(2)) = f(3(2)-1) = [(3(2)-1) 2 + 4] = 9.(2) 2 – 6.(2) + 1 +4 = = 9.4 – 6.2 + 5 = 36 –12 + 5 = 29. Comprovando ... g(2) =3.(2) – 1 = 6 - 1 g(2) = 5 . Portanto, (f g)(2) = f(g(2)) = f(5) = (5) 2 + 4 = 25 + 4 (f g)(2) = 29. Criado por Edson Mendes 5Exercícios : 1 ) Sejam : f(x) = 3x + 2 g(x) = 2x + a Determine a para que (f g)(x) = (g f)(x) . 2 ) Sejam : f(x) = 2x + 1 g(x) = x 2 – 1 h(x) = 3x + 2 Determine l(x) = ((h g) f)(x) = (h (g f))(x). 3 ) Sejam : f(x) = 1 - x g(x) = x 2 – x + 2 h(x) = 2x + 3 Determine l(x) = ((h g) f)(x) = (h (g f))(x). Criado por Edson Mendes 6 CAPÍTULO 2 PRINCÍPIO DA INDUÇÃO FINITA ( P.I.F ) Antes de enunciarmos o Princípio propriamente dito,vamos ilustrar o texto com uma pequena introdução histórica, que vai mostrar-nos a importância de termos um método científico para que não formulemos conclusões errôneas sobre um determinado experimento matemático... Considerando N = { 0, 1, 2, 3, ... } I ) n y 22 + 1 n N n = 0 022y + 1 = 2 1 + 1 = 2 + 1 = 3 n = 1 122y + 1 = 2 2 + 1 = 4 + 1 = 5 n = 2 222y + 1 = 2 4 + 1 = 16 + 1 = 17 n = 3 322y + 1 = 2 8 + 1 = 256 + 1 = 257 n = 4 422y + 1 = 2 16 + 1 = 65.536 + 1 = 65.537 Os números encontrados são primos. Fermat ( 1601-1665 ) acreditou que a fórmula acima daria números primos qualquer que fosse o valor de n N. FALSO !!! Pois Euler ( 1707-1783 ) mostrou que para n = 5 tem como resultado y = 4.294.967.297 , ou seja, 641 X 6.700.417, isto é, resulta num número divisível por 641, portanto, NÃO É PRIMO. II ) 3 3 7 2 3 6 23 nnn y n N* n = 1 6 181491 3 3 1.7 2 1.3 6 1 23 y y = 2 n = 2 6 1828368 3 3 2.7 2 2.3 6 2 23 y y = 3 n = 3 y = 5 n = 4 y = 7 Poderíamos concluir precipitadamente : “ y é numero primo, qualquer n N*. FALSO !!! Pois : n = 5 6 1870225125 3 3 5.7 2 5.3 6 5 23 y y = 8 (NÃO PRIMO). * É NECESSÁRIO, DISPORMOS DE UM MÉTODO, COM BASE LÓGICA, QUE PERMITA DECIDIR SOBRE A VALIDADE, OU NÃO, DE UMA INDUÇÃO VULGAR. Criado por Edson Mendes 7 EXEMPLO : 1 + 3 + 5 + ... + ( 2n – 1 ) = n2 n N* Que expressa : “A soma dos n primeiros números ímpares positivos é n2 “. Se provarmos que a igualdade é válida até 1.000.000, ainda assim não representa que ela é verdadeira, pois para n > 1.000.000 poderá existir uma falha. Para provar, usaremos o Princípio da Indução Finita ( P.I.F ) para todo n N* cujo enunciado é : “ Uma proposição P(n), aplicável aos números naturais n, é verdadeira para todo n N*, n n0 ( n0 = 1° elemento da seqüência --- n0 = 1 ). 1 ) P(n0) é verdadeira, isto é, a proposição é válida para n = n0 2 ) Se k N*, k n0 e P(k) é verdadeira, então para P(k+1) também é verdadeira. DEMONSTRANDO MATEMATICAMENTE O EXEMPLO : n0 1 + 3 + 5 + ... + ( 2n – 1 ) = n2 n N* = { 1, 2, 3, 4, ... } 1 ) Verificar P(n0) com n0 = 1 , portanto P(1) n = 1 1 = 1 2 , logo P(1) OK. 2 ) Admitindo que seja verdadeira P(k), com k N* temos : P(k) = 1 + 3 + 5 + ... + ( 2k–1 ) = k2 ( Hipótese de Indução – H.I ) Provemos que decorre a validade de P(k+1), isto é : P(k+1) = 1 + 3 + 5 + ...+ 2k – 1 + [ 2( k + 1 ) – 1 ] = ( k + 1 )2, temos então : 1 + 3 + 5 + ...+ 2k – 1 + 2k + 1 k 2 + 2k + 1 = ( k + 1 ) 2 H.I = k² C.M.Q.D Demonstre, usando P.I.F : 1 ) 1 + 2 + 3 + …+ n = ; 2 )1(nn n N*. 2 ) 2 0 + 2¹ + 2² + ... + 2 n -1 = 2 n - 1 ; n N*. 3 ) 1² + 2² + 3² + ... + n² = 6 )12)(1( nnn ; n N*. 4 ) 1 3 + 2 3 + 3 3 + ... + n 3 = 2 2 )1( nn ; n N*. Criado por Edson Mendes 8 CAPÍTULO 3 NOÇÃO INTUITIVA DE LIMITE Seja a função f(x) = 2x +1, vamos dar valores para x que se aproximem de 1, pela sua direita ( Valores maiores que 1 ) e pela sua esquerda ( Valores menores que 1 ), e calcular y. À medida que x se aproxima de 1, y se aproxima de 3, ou seja, quando x tende a 1 ( x 1 ), y tende a 3 ( y 3 ), então temos a notação ... Genericamente temos ... lim f(x) = b x a … mesmo que em alguns casos para x = a resulte y b. Vejamos agora : x y = 2x + 1 1,5 4 1,3 3,6 1,1 3,2 1,05 3,1 1,02 3,04 1,01 3,02 x y = 2x + 1 0,5 2 0,7 2,4 0,9 2,8 0,95 2,9 0,98 2,96 0,99 2,98 y= 2x + 1 0 3 1 x y lim ( 2x + 1 ) = 3 x 3 Criado por Edson Mendes 9 x y 3 1 2 0 f(x) 1 ) 1 22 x xx ; x 1, como x² + x – 2 = ( x – 1 ).( x + 2 ) 1 )2).(1( x xx ; x 1 f(x) = 2, se x = 1 2 se x = 1 ► Podemos notar que para x 1, f(x) 3, embora para x = 1, f(x) = 2 3 . Ocorre porém que procuramos o comportamento da função no primeiro caso ( x 1 ), logo temos lim f(x) = 3. x 1 g (x) Comprovando . . . lim f(x) = lim ( x -1 ).( x + 2 ) = lim ( x + 2 ) = 1 + 2 = 3 x 1 x 1 x – 1 x 1 Se g : R R e g(x) = x + 2 , lim g(x) = lim ( x + 2 ) = 1 + 2 = 3 , emborax 1 x 1 g(x) f(x) em x = 1. No entanto, ambas têm o mesmo limite. Criado por Edson Mendes 10 2 ) lim x² - 4 = lim ( x + 2 ).( x – 2 ) = lim ( x + 2 ) = 2 + 2 = 4 x 2 x – 2 x 2 ( x – 2 ) x 2 ► Nota-se a impossibilidade de calcularmos 2 42 x x para x = 2 ( Indeterminação ). Trocamos então 2 42 x x por x + 2 , possibilitando assim o cálculo quando quando x = 2. 3 ) lim x² - 4x + 3 = lim ( x – 3 )( x – 1 ) = lim x –1 = 3 – 1 = 2 = 1 x 3 x² - 9 x 3 ( x + 3 )( x – 3 ) x 3 x + 3 3 + 3 6 3 PROPRIEDADES DOS LIMITES 1 ) lim [ f(x) g(x) ] = lim f(x) lim g(x) x a x a x a Exemplo : lim ( x + 4x² ) = lim x lim 4x² = 2 + 4.2² = 2 + 4.4 = 2 + 16 = 18 x 2 x 2 x 2 2 ) lim [ f(x) . g(x) ] = lim f(x) . lim g(x) x a x a x a Exemplo : lim ( -x² . log x ) = lim -x² . lim log x = -10² . log 10 = -100 . 1 = - 100 x 10 x 10 x 10 3 ) ax xg ax xf ax xg xf )(lim )(lim )( )( lim Exemplo : 0 1lim 0 senlim 0 1 sen lim 2 2 x x x x x x x = 10 0sen 2 = 1 0 = 0 Criado por Edson Mendes 11 n 3 4 ) lim f(x) n = lim f(x) , n N * x a x a Exemplo : lim ( x² - 2 ) 3 = lim ( x² - 2 ) = ( 2² - 2 ) 3 = ( 4 – 2 )3 = 23 = 8 x 2 x 2 5 ) .0)(, )(lim)(lim * xfn ax xf ax xf n n ( Se f(x) 0, n é ímpar ) Exemplo : 11148122 2 1lim 2 1lim 23 2323 x xx x xx 6 ) lim [ln f(x)] = ln lim f(x) , se lim f(x) > 0 x a x a x a Exemplo : lim ( ln x³ ) = ln lim x³ = ln ³ = 3.ln x x 7 ) lim sen [ f(x) ] = sen lim f(x) x a x a Exemplo : lim sen ( 2x³ - 5x ) = sen lim ( 2x³ - 5x ) = sen (2.2³ - 5.2 ) = sen 6 x 2 x 2 8 ) lim e f(x) = ax xfe )(lim x a Exemplo : lim e x² + 3x = 2 3lim 2 x xx e = e 2² + 3.2 = e 4 + 6 = e 10 x 2 Criado por Edson Mendes 12 Exercícios : 1 ) Calcular : a ) 2 )432(lim 2 x xx k ) ot t t 5325 lim b ) 1 1 45 lim 2 x x xx l ) 0 16)4( lim 2 t t t c ) 1 1 23 lim 2 3 x x xx m ) 1 1 23 lim 2 2 x x xx d ) 0 33 lim x x x n ) 0 11 lim x x xx e ) 1 1 1 lim 3 4 x x x o ) 1x 1x 1x lim 5 4 f ) 1 1 1 lim 3 x x x p ) 1h 1h 1h lim 5 4 g ) 1 )43(lim 2 x xx q ) 1 1 133 lim 23 x x xxx h ) 0 )sen(coslim x xx r ) 0; 0 lim 2 b x t batb i ) 2 4 8 lim 2 3 x x x j ) 1 1 1 lim h h h Criado por Edson Mendes 13 2 1 x y ●lim f(x) = 2 x 2+ ●lim f(x) = 1 x 2- NÃO EXISTE lim f(x) x 2 CAPÍTULO 4 LIMITES LATERAIS Se x se aproxima de a através de valores maiores que a ( ou pela direita ), escrevemos : Limite lateral à direita de a. Se x se aproxima de a através de valores menores que a ( ou pela esquerda ), escrevemos : Limite lateral à esquerda de a. O limite de f(x) para x a existe se, e somente se, lim f(x) = lim f(x) = b portanto, lim f(x) = b, x a+ x a- x a do contrário, lim f(x) lim f(x) b então não existe lim f(x) . x a+ x a- x a Exemplos : 1 ) ○ ● lim f(x) = b x a+ lim f(x) = b x a- 2 Criado por Edson Mendes 14 ●lim f(x) = (x²+4x) = 1² + 4.1 = 5 x 1+ ●lim f(x) = (6x-1) = 6.1 - 1 = 5 x 1- lim f(x) = 5 . x 1 2 2 ) f(x) .)(1;16 .)(1;42 Esqxx Dirxxx 3 ) ●lim tgx = - x 2 + ●lim tgx = + x 2 - NÃO EXISTE lim tgx . tg x 2 OBS.: Faz sentido, pois NÃO EXISTE tg 2 ( 90° ) Criado por Edson Mendes 15 + x y + 0 f(x) = x 1 - - y = 2 x x y 0 1 Alguns limites envolvendo o infinito 1 )a ) lim x 1 = 0, ou seja, à medida que x aumenta, y tende para zero e o limite é zero. x + b ) lim x 1 = 0, ou seja, à medida que x diminui, y tende para zero e o limite é zero. x - c ) lim x 1 = + , ou seja, à medida que x se aproxima de zero pela direita de zero (x 0+) , y tende x 0+ para mais infinito ( postitivo ) que é o limite. d) lim x 1 = - , ou seja, à medida que x se aproxima de zero pela esquerda de zero (x 0-) , y tende x 0- para menos infinito ( negativo ) que é o limite. 2 ) ● lim 2x = + x + ● lim 2x = 0 x - Criado por Edson Mendes 16 y = x 3 x y 0 y = x x y 0 tg x x y 0 ● lim tg x = + x 2 - - 2 2 2 3 3 ) ● lim x3 = + x + ● lim x3 = - x - 4 ) ● lim x = + x 5 ) ● lim tg x = - x 2 + Criado por Edson Mendes 17 Limite de uma função polinomial para x Seja a função polinomial f(x) = anx n + an-1x n-1 + ... + a1x + a0 , então : Analogamente para g(x) = bnx n + bn-1x n-1 + ... + b1x + b0 Exemplos : 1 ) lim ( 2x² +x – 3 ) = lim 2x² = + . x + x + 2 ) lim ( 3x³ - 4x² + 2x + 1 ) = lim 3x³ = - . x - x - 3 ) lim 4 12 23 4 xx xx = lim 3 42 x x = lim 2x = + . x + x + x + ● lim f(x) = lim anx n x x ● lim )( )( xg xf = lim n n n n xb xa x x Criado por Edson Mendes 18 Exercícios : Calcule : 1 ) lim ( 1 + 3x ) x 3+ 2 ) lim 2x x x 2+ 3 ) f(x) 1;15 1;32 xx xx ; calcule : a ) lim f(x) b ) lim f(x) c ) lim f(x) x 1+ x 1- x 1 4 ) f(x) 0; 20;2 2;1 2 xx xx xx ; calcule : a ) lim f(x) b ) lim f(x) c ) lim f(x) x 2+ x 2- x 2 d ) lim f(x) e ) lim f(x) f ) lim f(x) x 0+ x 0- x 0 5 ) lim 223 142 4 23 xx xx x + 6 ) lim 13 34 34 4 xx xx x + 7 ) lim 12 12 2 4 x xx x + Criado por Edson Mendes 19 8 ) lim 3x x + 9 ) lim 3 x x + 10 ) lim 2 2 x x x 0 11 ) lim 2 3 x xx x + 12 ) lim xx xx 4 32 3 2 x + 13 ) lim 12 3 2x x x + 14 ) lim 34 2 2 x xx x + 15 ) lim 3 14 2 x x x 3+ 16 ) lim 2 2 x x x 2 Criado por Edson Mendes 20 a x y a x x a y f(a) f(a) CAPÍTULO 5 CONTINUIDADE ● f(a) Dizemos que f(x) é contínua num ponto a do seu domínio se : ● )(lim xf ax ● )()(lim afxf ax Vejamos alguns exemplos de descontinuidade ... ( I ) ( II ) ( III ) ◙ Não existe f(a). ◙ Existe f(a),mas não existe ◙ Existe f(a), existe )(lim xf ax , )(lim xf ax pois )(lim)(lim xfxf axax . mas )(lim xf ax f(a). Propriedades das funções contínuas ● f(x) g(x) é contínua em a. Se f(x) e g(x) são contínuas em x = a , então : ● f(x).g(x) é contínua em a. ● )( )( xg xf é contínua em a. ( g(a) 0 ) y Criado por Edson Mendes 21 Exemplos : Verifique a continuidade das funções nos pontos indicados : a ) f(x) = x 2 + 1 em x = 1 . Resolução : ■ f(1) = 1² + 1 = 2 f(1) ■ 211)1(lim)(lim 22 11 xxf xx . ■ )(lim 1 xf x f(1) = 2 . f(x) = x 2 + 1 é contínua em x = 1 . b ) f(x) = 0;0 0; x x x x ; em x = 0 Resolução : ■ f(0) = 0 f(0) ■ x x xf xx 10 lim)(lim 1limlim 1limlim 00 00 x x x x x x x x xx xx Não Existe )(lim 0 xf x Logo, f(x) não é contínua em x = 0. Criado por Edson Mendes 22 1 1 1 1 Exercícios : 1 ) Verificar a continuidade das funções nos pontos indicados : a ) f(x) = x² + 3x ; x = 2. b ) f(x) = 1 32 x xx ; x = 1. c ) f(x) = 0;2 0;32 xx xxx ; em x = 0. d ) f(x) = 2;3 2; 4 8 2 3 x x x x ; em x = 2. LIMITES TRIGONOMÉTRICOS Seja o limite fundamental da trigonometria 1 sen lim 0 x x x e ax ax ax ax coscoslim sensenlim temos : a ) 51.5 5 5sen lim.5 .5 5sen.5 lim 5sen lim 000 x x x x x x xxx b ) )cos1( sen lim )cos1( cos1 lim )cos1( )cos1( . )cos1( lim 2 2 02 2 020 xx x xx x x x x x xxx xx x x x x cos1 1 . sen . sen lim 0 2 1 11 1 .1.1 cos1 1 lim. sen lim. sen lim 000 xx x x x xxx . sen²x + cos²x = 1 Criado por Edson Mendes 23 Exercícios : 1 ) x x x 2sen lim 0 3 ) xx xx x 4sen2sen sen5sen lim 0 2 ) x x x 2sen 5sen lim 0 4 ) x tgx x 0 lim LIMITES EXPONENCIAIS ( I ) ( IV ) ( II ) ( V ) ( III ) ( VI ) Com base nestes limites fundamentais, temos … Exemplos: IV k = 3 l = 4 a ) x x x 4 3 1lim = e kl = e 3.4 = e 12 . III k = 2 l = 3 b ) x x x 3 0 21lim = e kl = e 2.3 = e 6 . e x x x 1 1lim ey y y 1 0 1lim kly l y eky 1lim 0 kl lx x e x k 1lim a x a x x ln 1 lim 0 a x a x x ln 1 lim 0 1 1 lim 0 x e x x Criado por Edson Mendes 24 VI V a = 3 c ) 3ln. 2 113 lim. 2 113 . 2 1 lim 2 13 lim 000 xxx x x x x x x . 1 d ) x e x x x e xx xe xx ex x e x xx x x x x x x x x 1 . 2 1 lim 2sen 2 lim. 2 1 lim 2sen.2 2).1( lim 2sen.2 )1.(2 lim 2sen 1 lim 000000 . 2 1 1. 2 11 lim. 2 1 0 x e x x Exercícios : 1 ) x x x 2 5 1lim 4 ) 1 3sen lim 0 xx e x 2 ) x x x 2 0 21lim = 5 ) x e x x 4sen 1 lim 3 0 3 ) x x x 12 lim 0 6 ) x x x 2sen 13 lim 5 0 Criado por Edson Mendes 25 CAPÍTULO 6 1 0 a a Ra 0 1 0 b a a Ra 1a Ra 1a Ra 10 a Ra 10 a Ra 1)(lim 1 0 xf a a Ra bx 1,0)(lim 1 0 ccxf a a Ra bx LIMITES DA FUNÇÃO LOGARÍTMICA Propriedades : I ) I ) V ) II ) VI ) III ) VII ) IV ) VIII ) 0)(loglim 1 xa x bx aa bx log)(loglim )(loglim xa x )(loglim 0 xa x )(loglim xa x )(loglim0 xa x 0)]([loglim xfa bx cxfxf a bx aa bx log)(limlog)(loglim Criado por Edson Mendes 26 II a = 3 b = 2 II a = 10 b = 1000 III a = 2 > 1 V a = 0,1 ; 0 < a < 1 VIII a = 2 > 0 , a 1 b = -1 Exemplos : Calcule os limites : a ) 2loglog)(loglim 33 2 bx a x b ) 310101000101000log)(loglim 310 1000 yyx yy x c ) )(loglim 2 x x d ) )(loglim 1,0 x x e ) 42216216loglog)]574([loglim 42 2 2 1 yycxx yya x 160165745)1.(7)1.(4)574(lim)(lim 22 1 cxxxf xbx Criado por Edson Mendes 27 VIII a = 10 > 0 , a 1 b = 3 VIII a = 3 b = -1 f ) 3 4 loglog 34 26 loglim 3 c x x a x 3 4 0 3 4 15 20 33.4 23.6 34 26 lim)(lim 3 c x x xf xbx g ) 133 3 1 3 3 1 loglog 45 23 loglim 132 2 3 1 yyc xx xx yy a x 3 1 0 3 1 4 2 lim )4)(1( )2).(1( lim 45 23 lim)(lim 112 2 1 c x x xx xx xx xx xf xxxbx Criado por Edson Mendes 28 Exercícios : Calcule os limites : 1 ) x x 2 1 4 loglim 2 ) x ex lnlim 2 3 ) x x 2 1loglim 4 ) x x lnlim 5 ) x x lnlim 0 6 ) x x 2 1 0 loglim 7 ) )]243[ln(lim 2 3 xx x 8 ) 22 253 loglim 2 2 2 1 4 xx xx x 9 ) xx xx x 2 3 0 loglim 10 ) 21 3 lnlim 3 x x x 11 ) 26 413 loglim 2 x x x Criado por Edson Mendes 29 CAPÍTULO 7 1 0 a a Ra 0 1 0 b a a Ra 1a Ra 1a Ra 10 a Ra 10 a Ra 1)(lim 1 0 xf a a Ra bx 1,0)(lim 1 0 ccxf a a Ra bx RESUMO DOS LIMITES FUNDAMENTAIS ( REVISÃO ) Limite fundamental da trigonometria : 1 sen lim 0 x x x LIMITES EXPONENCIAIS ( I ) ( IV ) ( II ) ( V ) ( III ) ( VI ) LIMITES DA FUNÇÃO LOGARÍTMICA I ) I ) V ) II ) VI ) III ) VII ) IV ) VIII ) e x x x 1 1lim ey y y 1 0 1lim kly l y eky 1lim 0 kl lx x e x k 1lim a x a x x ln 1 lim 0 a x a x x ln 1 lim 0 1 1 lim 0 x e x x 0)(loglim 1 xa x bx aa bx log)(loglim )(loglim xa x )(loglim 0 xa x )(loglim xa x )(loglim 0 xa x 0)]([loglim xfa bx cxfxf a bx aa bx log)(limlog)(loglim Criado por Edson Mendes 30 Exercícios de revisão : Calcule os limites : 1 ) xx xx x 9sen 2sen3 lim 0 2 ) x x x cos1 lim 0 3 ) nx mx x sen sen lim 0 4 ) x x x )sen( lim 5 ) x xx x 3sen sen28 lim 0 6 ) 20 2coscos21 lim x xx x 7 ) x ba xx x 0 lim 8 ) 23 )3( 2 lim t t t 9 ) x x e 1 0 1lim 10 ) 1 3 lim 2 0 xx e xx 11 ) 4 3 4 lim 4 x xtg x 12 ) x x x x 2 3 4 lim Criado por Edson Mendes 31 CAPÍTULO 8 x x + x y = f(x) y + y = f(x + x ) x y 0 função TAXA MÉDIA DE VARIAÇÃO – ( T.M.V ) Incrementos ou acréscimos : O incremento, ou acréscimo, de uma variável x é a variação de x quando aumenta, ou diminui, de um valor x = x0 para outro valor x = x1, dentro de seu domínio. Exemplo : ◙ x varia de x = 2 para x = 5 ; x = 5 – 2 x = 3. ◙ x varia de x = 2 para x = -4 ; x = -4 – 2 x = -6. Se uma variável x der um acréscimo x a partir de x = x , valor arbitrário, porém fixo, de x no seu domínio, uma função y = f(x) receberá , por sua vez, um acréscimo )()()( xfxxfxfy . Exemplo : ◙ x recebe acréscimo 0,5 a partir de x = 1, a função y = f(x) = x2 + 2x varia de y = f(1) = 3 para y + y = f(1,5) = 5,25 e y = )()( xfxxf = 5,25 – 3 = 2,25 . Esquema Geral : y x Criado por Edson Mendes 32 ◙ Taxa instantânea de variação. ◙ Derivada da função y =f(x) = y’ = f’(x). ◙ f’(x) = dx dy . x1 x2 f(x1) f(x2) x y 0 função P Q A Taxa média de variação ( T.M.V ) : de uma função y = f(x) em relação a x ( ou por unidade de variação de x ) é dada pela relação ;x xfxxf x y )()( Quando x 0 temos : )(' )()( limlim 00 xf x xfxxf x y xx Graficamente : y Quando x2 x1, temos x 0. x * x y é o coeficiente angular (m) da reta secante à curva y = f(x) por P e Q ( T.M.V ). ** f’(x) = x y x 0 lim : coeficiente angular ( m ) da reta tangente à curva por P = Q. ( Derivada ). Reta Secante * Reta Tangente ** Taxa Média de Variação Criado por Edson Mendes 33 x y = f(x) = f(2) = 5 0 x Exemplos : 1 ) Calcule o coef.ang.(m) da reta secante à curva y = x² - x nos pontos P(1,0 ) e Q( 2,2 ). Resolução : m = 12 02 12 12 xx yy x y m = 2 . 2 ) Dada a função f(x) = x² + 3x –1 , determine : a ) A variação de y quando x varia de 1 para 3. b ) T.M.V . Resolução : a ) Para x = 1 temos f(1) = 1² + 3.1 –1 = 1 + 3 –1 f(1) = 3. Para x = 3 temos f(3) = 3² + 3.3 – 1 = 9 + 9 – 1 f(3) = 17. a variação y = 17 – 3 y = 14. b ) T.M.V = 2 14 13 14 x y T.M.V = 7. 3 ) Calcule o coef.ang. (m) da reta tangente à curva f(x) = x² +2x – 3 no ponto P ( 2, 5 ). Resolução : x xx x fxf x xfxxf x y xf xxxx 5]3)2(2)2[( lim )2()2( lim )()( limlim)(' 2 0000 .6)(' )6( lim 886)( lim 5324)(44 lim 0 2 0 2 0 xf x xx x xx x xxx xxx Criado por Edson Mendes 34 Exercícios : 1 ) Calcule a T.M.V quando x varia de 0 a 1 na função y = x² + x + 1. 2 ) O custo de um determinado produto é dado por y = 2x – 8 , com x 4. Se o número de unidades produzidas (x) variar de 5 a 8, qual a T.M.V do custo (y) em relação ao número de unidades produzidas (x) ? 3 ) Obter, pela definição de limite, as derivadas de : a ) y = 3x – 4 d ) f(x) = x 1 b ) y = -x² + 3x e ) f(x) = 3x c ) f(x) = x² + 2x + 1 4 ) Calcule o coef.ang. (m) da reta tangente à curva f(x) = -x² + 2x pelo ponto P ( 2, 0 ). Criado por Edson Mendes 35 CAPÍTULO 7 EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO : 1 ) Achar a derivada de y = 12 x , pela definição de limite. 2 ) Idem para y = x² + 3x + 5 . 3 ) Idem para y = 3x² + 2x –1 . 4 ) Idem para f(x) = 2 1 x em x = 1 e x = 3 . 5 ) Idem para f(x) = 34 2 x . Criado por Edson Mendes 36 CAPÍTULO 10 EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO : Calcule os seguintes limites ... 1 ) 3 23 2x 3x4 2xx5x3 lim 2 ) x xx x 46 232 lim 2 2 3 ) 1 1 lim 2 3 1 x x x 4 ) x x x 2 4 lim 2 2 5 ) )sen(coslim 0 xx x 6 ) 1 3 lim 2 3 x xx x 7 ) 1 2 lim 3 34 xx xxx x 8 ) Considerando f(x) = x xsen , definida em R * , calcule 2 lim x x f(x). 9 ) Obtenha a derivada da função f(x) = 3x 3 + 2x 2 – x + 2 . 10 ) Demonstre usando P.I.F : 1² + 2² + 3² + ... + n² = 6 )12)(1( nnn ; n N*. 11 ) Calcule a T.M.V de f(x) = 3 5 2 323 23 x e xx com x xxx . Criado por Edson Mendes 37 CAPÍTULO 11 EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO : Calcule os seguintes limites ... 1 ) )574(lim 2 1 xx x 11 ) 26 328 lim 2 23 x xxx x 2 ) )342(lim 23 1 xxx x 12 ) 12 1523 lim 2 34 x xxx x 3 ) 12 453 lim 2 1 x xx x 4 ) 1 1 lim 2 1 x x x 5 ) 32 94 lim 2 2 3 x x x 6 ) 3 4 2 8 16 lim x x x 7 ) 38 96 lim 3 3 3 xx xx x 8 ) ax ax ax 22 lim 9 ) 1 12 lim 1 x x x 10 ) x x x 11 lim 0 Criado por Edson Mendes 38 CAPÍTULO 12 0 0 0 0 DIFERENCIABILIDADE E CONTINUIDADE Nem toda função é diferenciável. Abaixo temos alguns exemplos de funções que NÃO são diferenciáveis em um ponto.No caso x = 0 . y = x x y ( II ) y ( I ) y = 31x ○ ● x x ○ Tangente Vertical ( ) Descontinuidade y y ( III ) ( IV ) y = 32x y = |x| ● x ● x Cúspide Nó Por, definição, toda a função f diferenciável em a é contínua em a, porém a “ volta “ não é válida, ou seja, nem toda a função contínua em a é diferenciável em a ( Vide I, II e IV ) com A ( 0, 0 ) e não diferenciáveis em a. Criado por Edson Mendes 39 Algumas Regras de Diferenciação ◙ Derivada de uma constante Se f(x) = b , então f’(x) = 0 ● Usando a definição delimite,podemos chegar à todas as derivadas de funções diferenciáveis, porém, como vimos acima, temos algumas regras práticas as quais serão vistas e adotadas daqui para frente. f(1) = b Exemplo : f(x) = b ( cte.) f(2) = b f(3) = b . . . . 0 0 limlim )()( limlim)(' 0000 xx bb x xfxxf x yxf xxxx . ◙ Regra da Potência Se n R, se f(x) = x n , então f’(x) = n.xn-1, para x 0 Exemplos : a ) f(x) = x 4 f’(x) = 4x3. d ) f(x) = 2 1 x = x -2 f’(x) = -2x-3 = 3 2 . b ) f(x) = x 5 f’(x) = 5x4. e ) f(x) = x f’(x) = 1x0 = 1.1 = 1. c ) f(x) = -x 6 f’(x) = -6x5. Criado por Edson Mendes 40 ◙ Múltiplo Constante ( c R ) f(x) = [ c.f(x) ] [ c.f(x) ]’ = c.f’(x) Exemplos : a ) f(x) = 3x 2 f’(x) = 3.2.x = 6x. b ) f(x) = 7x 4 f’(x) = 7.4.x3 = 28x3. c ) f(x) = -3x 3 f’(x) = -3.3.x2 = -9x2. ◙ Regra da Exponencial f(x) = e x f’(x) = ex.x’ = ex.1 = ex ◙ Algumas Derivadas de funções Trigonométricas ● f(x) = sen x f’(x) = cos x ● f(x) = cos x f’(x) = -sen x Criado por Edson Mendes 41 A ( 1, 1 ) A ( 1, 1 ) 0 0 0 y = 21x A ( 1, 1 ) 0 Exercícios : 1 ) Derive, aplicando as regras : a ) 34 1 x y c ) 3)4( 1 x y b ) 23 2 x y d ) x x y 2 ) Ache o valor da derivada no ponto indicado : a ) x xf 1 )( em P ( 1,1 ) b ) x xf 1 )( em P 2 2 ,2 3 ) Idem para : y y = x2 y b ) a ) ● A ( 1, 1 ) ● x x y = 23x y y y = x3 c ) d ) ● ● x x ==================================================================== ==================================================================== Criado por Edson Mendes 42 CAPÍTULO 13 0 f(x) = 2x3 – 5x2 + 2 Uma breve inter-relação entre Cálculo e G.A Já vimos que a interpretação geométrica da Derivada é que ela é o coef. angular ( m ) da reta tangente a uma curva estudada por um ponto dado.Ou seja : A derivada da função f(x) = 2x 3 – 5x2 + 2 pelo ponto P ( 2, -2 ) respeitadas as condições de diferenciabilidade é f’(x) = 6x2 –10x m = f’(2) = 6.(2)2 – 10.(2) m = 4. Daí o coeficiente angular ( m ) da reta que tangencia a função f(x) dada acima é m = 4, Com isso podemos determinar a equação desta reta tangente usando a fórmula da equação da reta dado o coef. angular e um ponto. y – y0 = m. ( x – x0 ) . Assim, no nosso exemplo, temos m = 4 e P ( 2,-2 ). Logo y – y0 = m. ( x – x0 ) y – ( -2 ) = 4. ( x – 2 ) y + 2 = 4x – 8 y + 2 – 4x + 8 = 0 , Portanto : y – 4x + 10 = 0 ou y = 4x – 10 é a equação da reta tangente à f(x) = 2x 3 – 5x2 +2 pelo ponto P ( 2, -2 ). Graficamente temos o esquema : y x ● P ( 2, -2 ) r 0bs. : A reta r acima tangencia a função f(x) pelo ponto P e forma, a partir do eixo das abscissas ( x ) um ângulo onde tg = m = f’(x) pelo ponto P dado. Exercícios : ◙ Determine as equações das retas tangentes representadas no Exerc. 3 – Pág. 4 – Aula 2. Criado por Edson Mendes 43 Mais Regras de Diferenciação ◙ Regras da Soma (e da Diferança ) Sejam f(x), g(x) diferenciáveis, temos : ● )()()()()()( ''' xgxfxgxfxgxf dx d ● )()()()()()( ''' xgxfxgxfxgxf dx d Exemplos : 1 ) Ache a derivada de f(x) = x 3 – 4x + 2. Resolução : f ‘(x) = (x3)’ – (4x)’ + (2)’ f ‘(x) = 3x2 – 4 . 2 ) Ache a derivada de g(x) = - 2 1 x 4 + 3x 3 – 2x. Resolução : g‘(x) = - 2 1 .4x 3 + 3.3x 2 – 2. g ‘(x) = -2x3 + 9x2 - 2 . Criado por Edson Mendes 44 ◙ Regra do Produto Sejam f(x), g(x) diferenciáveis, temos : ● )x(g).x(f)x(g).x(f)x(g).x(f dx d '' Exemplos : f g 1 ) Derive y = ( 3x – 2x2 ).( 5 + 4x ). Resolução : dx dy = ( 3x – 2x2 )’. ( 5 + 4x ) + ( 3x – 2x2 ). ( 5 + 4x )’ = = ( 3 – 4x ). ( 5 + 4x ) + ( 3x – 2x2 ). ( 4 ) = 15 +12x – 20x – 16x2 + 12x – 8x2 = = -16x 2 – 8x2 + 12x – 20x + 12x + 15 dx dy = -24x 2 + 4x + 15 . 2 ) Derive y = 2x.( x 2 + 3x ). Resolução : dx dy = ( 2x )’. ( x2 + 3x ) + 2x . ( x2 + 3x )’ = 2. ( x2 + 3x ) + 2x . ( 2x + 3 ) = = 2x 2 +6x + 4x 2 + 6x dx dy = 6x 2 + 12x . Obs. : Podemos estender o conceito de derivada do produto para mais do que duas funções, Por exemplo : Sejam f(x), g(x) e h(x) deriváveis ... Portanto : )().().()().().()().().()().().( ''' xhxgxfxhxgxfxhxgxfxhxgxf dx d , e Assim por diante ... Criado por Edson Mendes 45 ◙ Regra do Quociente Sejam f(x), g(x) diferenciáveis, temos : ● 2 '' )x(g )x(g).x(f)x(g).x(f )x(g )x(f dx d , com )(xg 0 Exemplo : ● Derive y = 32 1 x x . Resolução : Temos f = x-1 e g = 2x + 3 ... 9124 2232 9124 2).1()32.(1 )32( )'32).(1()32)'.(1( 222 xx xx xx xx x xxxx dx dy 9124 5 2 xxdx dy . Derivadas de outras funções trigonométricas ● f(x) = tg x f’(x) = x2cos 1 = sec 2 x. ● f(x) = cotg x f’(x) = x2sen 1 = -cossec 2 x. ● f(x) = sec x f’(x) = x x 2cos sen = sec x .tg x. ● f(x) = cossec x f’(x) = x x 2sen cos = - cossec x .cotg x. Criado por Edson Mendes 46 ◙ Regra da Derivação da Função Composta ( Regra da Cadeia ) Seja y = f(u) diferenciável em u . Sejam u = g(x) e f[g(x)]diferenciáveis em x, temos : ● dx du . du dy dx dy ou )x('g.)x(gf))x(g(f dx d ' Exemplos : 1 ) Derive y = ( x 2 + 1 ) 3 . Resolução : Temos u = x 2 + 1 y = u 3 , portanto y’ = dx du du dy dx dy . = 3u 2 .u’ = = 3.( x 2 + 1 ) 2 . 2x = 3.( x 4 +2x 2 +1 ).2x y’ = 6x5 +12x3 + 6x . ou y’ = [ ( x2 + 1 )3 ]’.( x2 + 1 )’ = 3.( x2 + 1)2 .2x y’ = 6x5 +12x3 + 6x . 2 ) Derive y = ( 3x 3 +2x ) 2 . Resolução : Temos u = 3x 3 +2x y = u 2 , portanto y’ = dx du du dy dx dy . = 2u .u’ = = 2.( 3x 3 +2x ) . ( 9x 2 + 2 ) = ( 6x 3 + 4x ) . ( 9x 2 + 2 ) y’ = 54x5 + 48x3 + 8x . ou y’ = [ (3x3 +2 x)2 ]’.( 3x3 +2 x )’ = 2.( 3x3 +2 x) . ( 9x2 + 2 ) y’ = 54x5 + 48x3 + 8x . 3 ) Derive y = sen 2x . Resolução :. y’ = [sen 2x]’.( 2x )’ = cos2x . 2 y’ = 2.cos 2x . Criado por Edson Mendes 47 Exercícios : 1 ) Derive: a ) y = x 5 – 4x3 + 2x – 3 e ) y = 22 6 ba bax b ) y = 42 2 1 3 1 4 1 xxx f ) y = 32532 23 xxx c ) y = ax 2 + bx + c g ) y = 3 22 . xx d ) y = at m + bt m + n h ) y = 55 32 2 xx x 2 ) Derive as funções trigonométricas : a ) y = 5sen x + 3cos x d ) y = 2t.sen t – ( t2 – 2 ).cos t b ) y = tg x – cotg x e ) y = x.cotg x c ) y = xx xx cossen cossen 3 ) Derive as compostas : a ) y = ( 3 + 2x 2 ) 4 d ) y = sen 3x + cos 5 x + tg x b ) y = 21 x e ) y = 2x + 5cos 3 x c ) y = ( 3 – 2.sen x )5 Criado por Edson Mendes 48 CAPÍTULO 14 Derivada das funções Logarítmica e Exponencial ● y = x e axdx dy x aa log ln. 1 log . ● y = xdx dy x 1 ln . ● y = xx e dx dy e . ● y = '.' ueye uu . ** ● y = aa dx dy a xx ln. . ** Exemplo : y = e 4x y’ = e4x . ( 4x )’ y’ = e4x . 4 . Mais derivadas trigonométricas ● f(x) = arcsen x f’(x) = 21 1 x . ● f(x) = arccos x f’(x) = 21 1 x . ● f(x) = arctg x f’(x) = 21 1 x . ● f(x) = arccotg x f’(x) = 21 1 x . Criado por Edson Mendes 49 Derivadas Sucessivas Seja y = f(x), chamamos de Derivada Primeira a função y’ = f’(x) obtida à partir da derivação de y = f(x); se derivarmos y’ = f’(x) obteremos y’’ = f’’(x) ou Segunda Derivada, e assim por diante, até y n = f n (x) possível. Exemplo : ◙ f(x) = -8x4 f’(x) = -32x3 f’’(x) = -96x2 f’’’(x) = -192x f iv (x) = -192 f v (x) = 0. Função Inversa ( f -1 ) Convém salientar que f -1 f 1 . Em linhas gerais, a função inversa f -1 desfaz o que a função f fez . Exemplo : a ) Imf Df Cdf f(x) = x 2 - 1 b ) , com x e f(x) -1 . f -1 (x) = 12 x ● 4 ● 0,5 ● 2 1 ● 2 ● 3 ● f f -1 Criado por Edson Mendes 50 f -1 (x) = x Assíntota f(x) = x 2 x y 0 f -1 (x) = 3 x Assíntota f(x) = x 3 x y 0 Definição de Função Inversa Seja f uma função Bijetora, ou seja, para cada y Imf existe um único x Df tal que y = f(x), chamamos de Função Inversa de f e denotamos f -1 aquela que leva y no único x de f tal que y = f(x), ou seja, f -1 (y) = x . ( Veja os diagramas da folha 2 ) Gráficos de algumas funções e suas inversas a ) b ) Para x 0 Criado por Edson Mendes 51 Como derivar a função inversa No nosso estudo não nos interessa acharmos a função inversa propriamente dita, mas sim a sua derivada . Sabemos que f -1 (x)of(x) = x ( função composta ) f -1 (f(x)) = x [ f -1(f(x)) ]’ = x’ [ f -1(f(x)) ]’ = 1 [ f -1(f(x)) ]’. f’(x) = 1( regra da cadeia ) [ f -1(f(x)) ]’ = )( 1 ' xf . como y = f(x), também podemos denotar [ f -1 ]’(y) = )( 1 ' xf . Em resumo ... A derivada da função inversa é o inverso da derivada da função . Exemplos : f(x) a ) Sendo f(x) = x 5 + 2x 3 + 2x + 3 , calcule ( f -1 )’ ( 8 ) . Resolução : [ f -1 ]’(y) = 265 1 )( 1 24' xxxf , temos f(x) = y = 8 8 = x 5 + 2x 3 + 2x + 3 x = 1 , logo ( f -1 )’ ( 8 ) = 265 1 2)1.(6)1.(5 1 24 ( f -1 )’ ( 8 ) = 13 1 . b ) Idem para f(x) = x 5 + 2x 3 + x , com y0 = 4 . Resolução : [ f -1 ]’(y) = 165 1 )( 1 24' xxxf , temos f(x) = y = 4 x 5 + 2x 3 + x = 4 x = 1 , logo ( f -1 )’ ( 4 ) = 165 1 1)1.(6)1.(5 1 24 ( f -1 )’ ( 4 ) = 12 1 . Criado por Edson Mendes 52 CAPÍTULO 15 Exercícios : 1 ) Derive as funções logarítmicas e exponenciais : a ) y = loga( 3x 2 – 5 ) e ) y = x e 2 1 b ) y = ln ( x + 3 ) 2 f ) y = 23xa c ) y = ln 2 ( x + 3 ) g ) y = axax axax ee ee d ) y = ln ( sen 3x ) 2 ) Achar y’’ conhecendo y = e-x.lnx . 3 ) Achar y’’ conhecendo y = e-2x.sen 3x . 4 ) Ache as derivadas das funções inversas f -1 (x) dadas : a ) f(x) = 2x 3 + 4x ; y0 = -6 . b ) f(x) = 40, 16 82 2 2 x x x ; y0 = 0 . c ) f(x) = x 3 – 1 , portanto [ f-1 ]’(x) = ? Criado por Edson Mendes 53 REGRA DE L’HOSPITAL Formas e limites indeterminados Já estudamos limites do tipo 1x 1x lim 2 1x ou 1x 1x2 lim x . Pela substituição direta pode-se originar uma forma indeterminada do tipo 0 0 ou . Vejamos : 0 0 1x 1x lim 2 1x , tal resultado nada informa nada informa sobre o limite, por isso, para resolvê-lo, vamos fatorar e simplificar, como segue : 2)1x(lim 1x )1x).(1x( lim 1x 1x lim 1x1x 2 1x . Da mesma forma ... 1x 1x2 lim x , daí: 2 01 02 lim x 1 x x x 1 x x2 lim x 1x x 1x2 lim 1x 1x2 lim xxx x x . A regra de L’Hospital Seja ] a, b [ um intervalo que contém c. Sejam f e g funções diferenciáveis em ] a, b [ , exceto em c. Se o limite de )x(g )x(f quando x tende para c dá a forma indeterminada 0 0 ou , então : )x(g )x(f lim )x(g )x(f lim ' ' cxcx Regra de L’Hospital Desde que o limite à direita , exista ou seja infinito. Criado por Edson Mendes 54 A forma indeterminada apresenta-se em quatro formas: , , , . Podemos aplicar a regra de L’Hospital para cada uma delas. Exemplos : 1 ) Calcule o limite x 1e lim x3 0x . Resolução : A aplicação direta dá a forma 0 0 daí , “por L’Hospital”... ... 3e3 1 e3 lim )'x( )'1e( lim x 1e lim 0 x3 0x x3 0x x3 0x . 2 ) Calcule o limite x x4sen lim 0x . Resolução : A aplicação direta dá a forma 0 0 daí , “por L’Hospital”... ... 41.40cos4 1 x4cos4 lim )'x( )'x4(sen lim x x4sen lim 0x0x0x . 3 ) Calcule o limite 1e e lim x2 x x . Resolução : A aplicação direta dá a forma daí , “por L’Hospital”... ... 0 e2 1 lim )e(2 e lim e2 e lim )'1e( )'e( lim 1e e lim xx2x x xx2 x xx2 x xx2 x x . 4 ) Calcule o limite x 2 x e x lim . Resolução : A aplicação direta dá a forma daí , “por L’Hospital”... ... 0 e 2 lim )'e( )'x2( lim e x2 lim )'e( )'x( lim e x lim xxxx H'L xxx 2 xx 2 x . Obs. : Verifique que podemos aplicar “L’Hospital” várias vezes no mesmo problema. A regra de L’Hospital pode ser utilizada para comparar a taxa de crescimento de duas, ou mais, funções. Consideremos, por exemplo, o limite abaixo : Criado por Edson Mendes 55 0 1e e lim x2 x x Ambas as funções : e x bem como e 2x + 1 tendem para infinito quando x . Todavia, como o quociente )x(g )x(f tende para zero quando x , decorre que o denominador cresce mais rapidamente que o numerador. Outro exemplo : As três funções dadas a seguir tendem para infinito quando x . Qual delas apresenta crescimento mais rápido ? Funções : xln)x(h e)x(g x)x(f x . Resolução: Aplicando “L’Hospital” temos : 0 e x lim xx , daí concluímos que o crescimento de e x é mais rápido que o de x. 0 x xln lim x , daí concluímos que o crescimento de x é mais rápido que o de lnx. 0 e xln lim xx , daí concluímos que o crescimento de e x é mais rápido que o de lnx. Resumindo ... .ocrescimentdetaxaMaiore .menornem,maiorNemx .ocrescimentdetaxaMenorxln x Graficamente : y g(x) = e x f(x) = x h(x) = ln x x 0 Criado por Edson Mendes 56 CAPÍTULO 16 0 0 Funções Crescentes e Decrescentes Crescente : Gráfico “sobe” quando x se desloca para direita. Uma função é dita Decrescente : Gráfico “desce” quando x se desloca para direita. Com mais rigor ... ◙ f é crescente se x2 > x1 f(x2) > f(x1) x ao intervalo estudado . y f(x2) f(x1) x x1 x2 ◙ f é decrescente se x2 > x1 f(x2) < f(x1) x ao intervalo estudado . y f(x1) f(x2) x x1 x2 Criado por Edson Mendes 57 f’(x) < 0 f’(x) = 0 f’(x) > 0 Decresc. Cresc. Cte. 0 Decrescente em ] , a [ f(x) é Constante em [ a , b ] Crescente em ] b, [ ◙ Veja o gráfico abaixo ( Preste atenção às derivadas ) y f(x) x a b Nota : Podemos utilizar a derivada de uma função para determinar se esta é crescente, decrescente ou constante em um intervalo. Daí, seja f diferenciável em ] a , b [ ... 1 ) Se f’(x) > 0 para todo x ] a , b [ f é Crescente em ] a , b [ . 2 ) Se f’(x) < 0 para todo x ] a , b [ f é Decrescente em ] a , b [ . 3 ) Se f’(x) = 0 para todo x ] a , b [ f é Constante em ] a , b [ . Exemplos : Criado por Edson Mendes 58 ● 1 ) Mostre que f(x) = x 2 é decrescente no intervalo ( , 0 ) e crescente em ( 0 , ) . Resolução : Para x ( , 0 ) 2x < 0 f(x) é Decrescente . ● f(x) = x2 f’(x) = 2x , portanto
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