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ENGENHARIA ELÉTRICA Apostila de Cálculo Prof. Sérgio Santos ASSOCIAÇÃO TERESINENSE DE ENSINO – ATE. FACULDADE SANTO AGOSTINHO – FSA. COORDENAÇÃO DE CURSO ENGENHARIA ELÉTRICA. APOSTILA DE CÁLCULO I TERESINA, FEVEREIRO DE 2013. ENGENHARIA ELÉTRICA Apostila de Cálculo I Prof. Sérgio Santos Página 2 de 58 CAPÍTULO I - LIMITES 1.1. IDEIA INTUITIVA O conceito de limite de funções tem grande utilidade na determinação do comportamento de funções nas vizinhanças de um ponto fora do domínio, no comportamento de funções quando x aumenta muito (tende para infinito) ou diminui muito (tende para menos infinito). Além disso, o conceito de limite é utilizado em derivadas, assunto do próximo capítulo. A princípio o estudo do limite visa estabelecer o comportamento de uma função numa vizinhança de um ponto (que pode ou não pertencer ao seu domínio). 1.1.1. EXERCÍCIOS PROPOSTOS 1.1.1.1. Seja a função f definida por f(x) = x2 + 1. Determine: a) domínio da função f. b) f(-1) c) f(2). 1.1.1.2. Seja a função g definida por g(x) = . [x2 - 9 = (x – 3).(x + 3)]. Determine: a) domínio da função g. b) g(1) c) complete as tabelas abaixo: x g(x)=y = x+3 x g(x)=y= x+ 3 2,9 3,1 2,99 3,01 2,999 3,001 2,9999 3,0001 d) como se comportam os valores de g(x) = y quando x se aproximam de 3? 1.1.1.3. Seja a função m definida por m(x) = . Calcule a) m(0) b) m(2) c) Complete a tabela abaixo: x m(x)=y = 2x x m(x)=y = x+1 0,9 1,1 0,99 1,01 0,999 1,001 0,9999 1,0001 d) como se comportam os valores de m(x) = y quando x se aproximam de 1? 1.1.1.4. Seja a função h definida por h(x) = . Calcule a) h(0) b) h(10) ENGENHARIA ELÉTRICA Apostila de Cálculo I Prof. Sérgio Santos Página 3 de 58 c) Complete a tabela abaixo: x h(x)=y = x+3 x h(x)=y 2x+2 1,9 2,1 1,99 2,01 1,999 2,001 1,9999 2,0001 d) como se comportam os valores de h(x) = y quando x se aproximam de 2? 1.2. DEFINIÇÃO: Dizemos que o limite da função de f(x), quando x tende a “a”, é o número L, se, e somente se, os números reais da imagem f(x) permanecerem próximos de L, para os infinitos valores de x próximos de “a”. Indica-se: Obs.: Lê-se: limite da função f quando x tende (aproxima) a “a” é L. 1.2.1. EXEMPLOS: a) Na função g definida por g(x) = para x e x ≠ 3, o limite da função quando x se aproxima de 3 é 6. Escrevemos: = = 6 b) Na função m definida por m(x) = , o limite da função quando x tende a 1 é 2. Escrevemos: = 2 1.2.2. EXERCÍCIOS PROPOSTOS: 1.2.2.1. Complete a tabela e use o resultado para fazer uma estimativa do limite: b) c) ENGENHARIA ELÉTRICA Apostila de Cálculo I Prof. Sérgio Santos Página 4 de 58 1.2.2.2. Use o gráfico da função f para verificar se existe o valor da quantidade dada. Se existir, encontre-o, Se não, explique o por quê? i) ii) 1.3. LIMITES LATERAIS Dizemos que o limite de f(x) quando x tende a “a” pela esquerda é igual a L, se, à medida que se x se aproxima de “a” pela esquerda (isto é, por valores inferiores de “a”), os valores de f(x) se aproxima de L. Simbolicamente, escrevemos: Dizemos que o limite de f(x) quando x tende a “a” pela direita é igual a L, se, à medida que se x se aproxima de “a” pela direita (isto é, por valores superiores de “a”), os valores de f(x) se aproxima de L. Simbolicamente, escrevemos: 1.3.1. EXERCÍCIOS PROPOSTOS: 1.3.1.1. Seja o gráfico da função f: Complete corretamente: a) f(0,999) b) f(1,001) c) f(3,9999) d) f(4,0001) 1.3.1.2. Com base no gráfico acima, calcule: a) ; b) ; c) d) ENGENHARIA ELÉTRICA Apostila de Cálculo I Prof. Sérgio Santos Página 5 de 58 1.3.1.3. Seja o gráfico da função f, determine o limite lateral de f quando x tende a “b”. 1.4. EXISTÊNCIA DE UM LIMITE O limite de uma dada função existe, em um dado ponto, quando existirem os limites laterais (no dado ponto) pela direita e pela esquerda, e os mesmos forem iguais. 1.4.1. EXERCÍCIO PROPOSTO: a) Seja o gráfico da função f, verifique se existe limite quando x tende a 3. 1.5. LEIS DO LIMITE. ENGENHARIA ELÉTRICA Apostila de Cálculo I Prof. Sérgio Santos Página 6 de 58 Das cinco leis apresentadas acima, são derivadas as leis seguintes: 1.5.1. EXERCÍCIOS PROPOSTOS: 1.5.1.1. Calcule, utilizando as Leis do Limite, os limites abaixo: a) b) c) d) e) f) g) h) i) j) k) l) m) o) p) q) r) s) ENGENHARIA ELÉTRICA Apostila de Cálculo I Prof. Sérgio Santos Página 7 de 58 t) u) v) w) 1.5.1.2. Suponha que e calcule: a) b) c) 1.5.1.3. Sejam as funções f(x) = 2x – 1 e g(x) = x3 + 1, calcule: a) ; b) ; c) ; d)1.5.1.4. Calcule o limite supondo que a) b) c) d) 1.5.1.5 Supondo que = 5. Calcule o valor de . 1.5.1.6. A lei do quociente pode ser aplicada no cálculo de ? Por quê? 1.6. LIMITES QUANDO O NUMERADOR E O DENOMINADOR TENDEM A ZERO Quando o numerador e o denominador de uma função tendem a zero, no cálculo de um limite para determinado valor de x, devemos fatorar e simplificar a(s) função (ões) antes de efetuarmos a substituição. Produtos notáveis: a) Quadrado da soma: (a + b)2 = a2 + 2ab + b2 b) Quadrado da diferença: (a - b)2 = a2 - 2ab + b2 c) Produto da soma pela diferença: (a + b)(a – b) = a2 – b2 d) Cubo da soma: (a + b)3 = a3 + 3a2b + 3ab2 + b3 e) Cubo da diferença: (a - b)3 = a3 - 3a2b + 3ab2 - b3 Fatorações: a) ax2 +bx + c = a(x – x’)(x – x’’) b) a3 + b3 = (a + b) (a2 – ab + b2) c) a3 – b3 = (a – b) (a2 + ab + b2) Conjugado de radicais: a) Conjugado de + é - , pois ( + ) ( - ) = a – b b) Conjugado de - é + + ENGENHARIA ELÉTRICA Apostila de Cálculo I Prof. Sérgio Santos Página 8 de 58 1.6.1. EXERCÍCIOS PROPOSTOS 1.6.1.1. Calcule os limites abaixo: a) b) c) d) e) f) g) h) i) 1.7. LIMITES NO INFINITO (∞) Estamos interessados agora em estabelecer o comportamento de uma função quando a variável x cresce indefinidamente (x→+∞) ou quando ela decresce indefinidamente (x→−∞). Em algumas situações, a função se aproxima de um valor numérico (figura 1), noutros pode também crescer indefinidamente (figura 2) ou decrescer indefinidamente (figura 3). 1.7.1. EXEMPLOS: a) = 0 + 1 = 1 b) = + c) = - ENGENHARIA ELÉTRICA Apostila de Cálculo I Prof. Sérgio Santos Página 9 de 58 1.7.2. EXERCÍCIOS PROPOSTOS 1.7.2.1. Seja o gráfico da função f definida por f(x) = . Com base no gráfico acima, calcule: a) ; b) ; c) ; d) . 1.8. LIMITE DA FUNÇÃO POLINOMIAL PARA X TENDENDO A MAIS OU MENOS INFINITO. f (x) = anx n + an-1x n-1 + an-2x n-2 + … + a1x + a0 = = 1.8.1. EXEMPLOS: Calcule: a) = = b) = + 1.8.2. EXERCÍCIOS PROPOSTOS: Calcule: a) b) 1.9. LIMITE DE UM QUOCIENTE DE POLINÔMIOS, COM X TENDENDO A MAIS OU MENOS INFINITO. Para calcular limites no infinito, primeiro dividimos o numerador e o denominador pela maior potência de x que ocorre no denominador. 1.9.1. EXEMPLOS: Calcule: a) = = = = = = b) = = = = = 0 c) = = + Resumindo: a) = = . Pois p = q = 2 b) = 0. Pois p = 0 < q =1 ( 0x2 + x – 4). c) = + . Pois p = 1 > q = 0 ( 0x3 + 0x2 + 2x). ENGENHARIA ELÉTRICA Apostila de Cálculo I Prof. Sérgio Santos Página 10 de 58 1.9.2. EXERCÍCIOS PROPOSTOS: 1.9.2.1. Calcule os limites indicados: a) b) c) 1.9.2.2. Verifique se o = 2. 1.9.2.3. Verifique se o = 3. 1.9.2.4. Calcule o 1.10. LIMITE DA FUNÇÃO EXPONENCIAL Consideremos os gráficos da função exponencial f(x) = ax. 1.10.1. EXERCÍCIOS PROPOSTOS: Calcule: a) b) c) 1.11. LIMITE EXPONENCIAL FUNDAMENTAL O número e tem grande importância em diversos ramos das ciências, pois está presente em vários fenômenos naturais, por exemplo: Crescimento populacional, crescimento de populações de bactérias, desintegração radioativa (datação por carbono), circuitos elétricos, etc. Na área de economia, é aplicado no cálculo de juros. Foi o Matemático Inglês Jonh Napier (1550-1617) o responsável pelo desenvolvimento da teoria logarítmica utilizando o número e como base. O número e é irracional, ou seja, não pode ser escrito sob forma de fração, e vale aproximadamente: Como o número e é encontrado em diversos fenômenos naturais, a função exponencial f (x) = ex é considerada uma das funções mais importantes da matemática, merecendo atenção especial de cientistas de diferentes áreas do conhecimento humano. Consideremos a função f(x) = e tabela abaixo: x f(x) = 1 2 2 2,250000 10 2,593742 ENGENHARIA ELÉTRICA Apostila de Cálculo I Prof. Sérgio Santos Página 11 de 58 100 2,704814 100.000 2,718268 1.000.000 2,718280 Assim 1.11.1. EXEMPLOS: Calcule os limites abaixo: a) b) 1.11.2. EXERCÍCIOS PROPOSTOS: Calcule os seguintes limites: a) b) c) d) 1.12. LIMITE DA FUNÇÃO LOGARÍTMICA Consideremos os gráficos da função f(x) = Analisando-os gráficos: a) = - a) = + b) = + b) = - 1.12.1. EXERCÍCIOS PROPOSTOS: Determine: a) b) ENGENHARIA ELÉTRICA Apostila de Cálculo I Prof. Sérgio Santos Página 12 de 58 1.13. LIMITE TRIGONOMÉTRICO FUNDAMENTAL O limite fundamental trigonométrico trata de um limite cuja indeterminaçãoé do tipo envolvendo a função trigonométrica y = sen(x). Este limite é muito importante, pois com ele resolveremos outros problemas. 1.13.1. EXEMPLOS: Calcule os limites abaixo: a) b) c) 1.13.2. EXERCÍCIOS PROPOSTOS: Calcule os limites abaixo: a) b) c) d) e) . 1.14. CONTINUIDADE Na linguagem corrente, a palavra “contínua” significa não ter quebras ou interrupções. No cálculo, a continuidade é usada para descrever as funções cujos gráficos não tem quebras. Complete corretamente os valores abaixo: ENGENHARIA ELÉTRICA Apostila de Cálculo I Prof. Sérgio Santos Página 13 de 58 1.14.1. DEFINIÇÃO: Suponha que f(x) esteja definida num intervalo aberto contendo x = c. Então f é contínua em x = c se: i) existe f(c); ii) existe ; iii) . 1.14.2. EXEMPLOS a) Verifique se a função f (x) = é contínua x = 2. 1º passo: calcule f(2): f(2) = , logo não existe f(2), assim a f não é contínua. b) Verifique se a função f (x) = é contínua x = 3. 1º passo: calcule f(3): f(3) = = 4; 2º passo: calcule = = = 4; 3º passo: verifique se f(3) = Sim, logo a função f é contínua. 1.14.3. EXERCÍCIOS PROPOSTOS: 1.14.3.1. Verifique se as funções abaixo são contínuas nos pontos especificados abaixo: a) h(x) = , em x = 1 b) f(x) = 5x2 – 6x + 1 em x = 2 c) g(x) = em x =1. d) h(x) = em x = 2. e) m(x)= em x =3. 1.14.3.2. O que a ser dito sobre f(3) se f for contínua e se = ? 1.14.3.3. Determine m pertence ao conjunto dos reais de modo que a função f (x) = 1.14.3.4. Seja “a” pertencente ao conjunto dos reais e f a função definida nos reais e f (x) = Calcule “a” para que a função f seja contínua em x = 3. ENGENHARIA ELÉTRICA Apostila de Cálculo I Prof. Sérgio Santos Página 14 de 58 CAPÍTULO II - DERIVADA 2.1. Conceito: Denomina-se DERIVADA da função f no ponto de abscissa x0, simbolizada por f’(x0), o LIMITE, se existir for finito, da razão quando x x0, ou seja, Obs.: Notações para a derivada de y = f(x) - lê-se: derivada de y em relação a x. 2.1.1 EXERCÍCIOS RESOLVIDOS 2.1.1.1. Calcule a derivada da função f(x) = 3x + 1 no ponto de abscissa: a) x0 = 2. Solução: Passo 1: calcule f(2) = 3. 2 + 1 = 6 + 1 = 7. Passo 2: use a definição f’(2) = = = = = = 3. b) x0 = 5 Solução: Passo 1: calcule f(5) = 3. 5 + 1 = 15 + 1 = 16. Passo 2: use a definição f’(5) = = = = = = 3. 2.1.1.2. Calcule a derivada da função f(x) = x2 + 5x + 6 no ponto de abscissa: a) x0 = 2. Solução: Passo 1: calcule f(2) = 22 + 5.2 + 6 = 4 + 10 + 6 = 20. Passo 2: use a definição f’(2) = = = = = = 9 . b) x0 = 5 Solução: Passo 1: calcule f(5) = 52 + 5.5 + 6 = 25 + 25 + 6 = 56. Passo 2: use a definição f’(5) = = = = = = 15. 2.1.2. EXERCÍCIOS PROPOSTOS 2.1.2.1. Calcule a derivada da função f(x) = -2x + 5 no ponto de abscissa: a) x0 = 1. b) x0 = 4. 2.1.2.2. Calcule a derivada da função f(x) = x2 - 2x + 1 no ponto de abscissa: a) x0 = 3. f’(x) = Dx f(x) = Dx y = y’ = = f(x) ENGENHARIA ELÉTRICA Apostila de Cálculo I Prof. Sérgio Santos Página 15 de 58 b) x0 = 7 2.1.2.3. Se f(x) = x8, qual seria o valor da derivada no ponto de abscissa x0 = 1? 2.2. DERIVADAS FUNDAMENTAIS Vamos apresentar algumas regras que irão facilitar o cálculo das derivadas das funções sem recorrera definição. 2.2.1. DERIVADA DA FUNÇÃO CONSTANTE Se c é uma constante e f (x) = c para todo x real, então f’(x) = 0. 2.2.1.1. EXERCÍCIOS PROPOSTOS. Calcule a derivada das seguintes funções: a) f(x) = 10 b) f(x) = c) f(x) = 2.2.2. DERIVADA DA FUNÇÃO POTÊNCIA Se f(x) = xn, com n R, então f’(x) = nxn-1. 2.2.2.1. EXERCÍCIOS PROPOSTOS. Calcule a derivada das seguintes funções: a) f(x) = x8 b) f(x) = x-2 c) f(x) = d) f(x) = 2.2.3. DERIVADA DO PRODUTO DE UMA CONSTANTE POR UMA FUNÇÃO Se g(x) = c . f(x), sendo c uma constante e f (x) derivável, então g’(x) = c. f’(x). 2.2.3.1. EXERCÍCIOS PROPOSTOS. Calcule a derivada das seguintes funções: a) g(x) = 4x8 b) g(x) = c) g(x) = 2.2.4. DERIVADA DA FUNÇÃO LOGARÍTMICA Se f(x) = , com a , então f’(x) = Se f(x) = ln x, então f’(x) = . 2.2.4.1. EXERCÍCIOS PROPOSTOS. Calcule a derivada das seguintes funções: a) f(x) = b) f(x) = ENGENHARIA ELÉTRICA Apostila de Cálculo I Prof. Sérgio Santos Página 16 de 58 c) f(x) = 2lnx. 2.2.5. DERIVADA DA FUNÇÃO EXPONENCIAL Se f(x) = ax, com a > 0 e a 1, então f’(x) = ax ln a. Se f(x) = ex, então f’(x) = ex. 2.2.5.1. EXERCÍCIOS PROPOSTOS. Calcule a derivada das seguintes funções: a) f(x) = 2x b) f(x) = c) f(x) = 6ex. 2.2.6. DERIVADA DA FUNÇÃO SENO E COSSENO Se f(x) = senx, então f’(x) = cosx. Se f(x) = cosx, então f’(x) = - senx. 2.2.6.1. EXERCÍCIOS PROPOSTOS. Calcule a derivada das seguintes funções: a) f(x) = -3senx b) f(x) = cosx. 2.2.7. DERIVADA DE UMA SOMA OU DE UMA DIFERENÇA DE FUNÇÕES Se h (x) = f(x) + g(x), então h’(x) = f’(x) + g’(x). Se h (x) = f(x) - g(x), então h’(x) = f’(x) – g’(x). 2.2.7.1. EXERCÍCIOS PROPOSTOS. Calcule a derivada das seguintesfunções: a) h(x) = 3x2 -7x +4 b) h(x) = 2x – 3cosx c) h(x) = senx - cosx + x d) h(t) = t2 + 2.2.8. DERIVADA DE UM PRODUTO DE FUNÇÕES Se h(x) = f(x) . g(x), então h’(x) = f’(x) . g(x) + f(x) . g’(x). 2.2.8.1. EXERCÍCIOS PROPOSTOS. Calcule a derivada das seguintes funções: a) h(x) = 3x . senx b) h(x) = (x2 + 1) (x3 – 2) c) h(x) = senx . cosx d) h(x) = (x5 -2x3) (x2 + x – 2) ENGENHARIA ELÉTRICA Apostila de Cálculo I Prof. Sérgio Santos Página 17 de 58 2.2.9. DERIVADA DE UM QUOCIENTE DE FUNÇÕES Se h(x) = , com g(x) , então h’(x) = 2.2.9.1. EXERCÍCIOS PROPOSTOS. Calcule a derivada das seguintes funções: a) h(x) = b) h(x) = tgx c) h(x) = d) h(x) = e) A voltagem em certo é de 100 volts, Se a corrente (em ampères) é I e a resistência (em ohms) é R, então pela lei de Ohm, I (R) = . Se R está aumentando, ache a derivada de I em relação a R em: e.1) qualquer resistência R, ou seja, I’(R). e.2) uma resistência de 10 ohms. f) A figura abaixo exibe uma lente convexa de distância focal f. Se um objeto está à distância p da lente, então a distância q da lente à imagem está relacionada com p e f pela equação da lente: Se, para certa lente, f = 2 cm e p está aumentando, determine: f.1) f.2. q’(22). 2.2.10. DERIVADA DA FUNÇÃO COMPOSTA OU REGRA DA CADEIA Se h(x) = g(f(x)), então h’(x) = (derivada g em relação a y) . (derivada de f em relação a x), ou seja, ENGENHARIA ELÉTRICA Apostila de Cálculo I Prof. Sérgio Santos Página 18 de 58 2.2.10.1. EXERCÍCIOS RESOLVIDOS. Calcule a derivada de: a) h(x) = sen (3x) Solução: passo 1: definir u ou u (x); u = 3x passo 2: derivada u em relação a x u’ = 3. passo 3: definir y em relação a u; y = sen u; passo 4: derivar y y’ =cos u = cos (3x) passo 5: usar a regra da cadeia: = b) h(x) = Solução: passo 1: definir u ou u (x); u = x2 + 1 passo 2: derivada u em relação a x u’ = 2x. passo 3: definir y em relação a u; y = = passo 4: derivar y y’ = passo 5: usar a regra da cadeia: = 2.2.10.2. EXERCÍCIOS PROPOSTOS. 2.2.10.2.1. Determinar as funções u e v tais que h(x)= v(u(x)) a) h(x) = b) h(x) = e4x- 3 c) h(x) = sen(x - 1) d) h(x) = 2.2.10.2.2. Calcule a derivada das funções: a) h(x) = cos6x b) h(x) = sen (3x + 1) c) h(x) = d) h(x) = 3(1-3x)4 e) h(x) = 4e2x – 5lnx ENGENHARIA ELÉTRICA Apostila de Cálculo I Prof. Sérgio Santos Página 19 de 58 2.2.11. DERIVADAS SUPERIORES OU SUCESSIVAS Seja f’(x) a derivada de f(x). Se calcularmos a função derivada de f’(x), nos pontos em que ela existe, chamaremos de derivada segunda de f(x) a essa função e a indicamos por f” (x). De modo análogo, podemos definir derivada terceira, quarta etc. A derivada de ordem n de f(x) será representada por f(n) (x), se for grande, evitando o uso de muitas “linhas”. 2.2.11.1. EXEMPLO: Se f(x) = 2x3 + 7x2 – 5x – 8, teremos a) f’(x) = 6x2 + 14x – 5 ( primeira derivada); b) f’’(x) = 12x + 14 (segunda derivada); c) f’’’(x) = 12 (terceira derivada); d) f’’’’(x) = 0 (quarta derivada). 2.2.11.2. EXERCÍCIOS PROPOSTOS. Obtenha a derivada terceira das funções: a) h(x) = 6x3 – 4x2 - 10 b) h(x) = senx c) h(x) = lnx 2.3. INTERPRETAÇÃO GEOMÉTRICA DA DERIVADA 2.3.1. Calcule o coeficiente angular da função f(x) = x2 a) entre os pontos 5,5 e 6. b) entre os pontos 5,99 e 6. ENGENHARIA ELÉTRICA Apostila de Cálculo I Prof. Sérgio Santos Página 20 de 58 2.3.2. Calcule o . 2.3.3. Calcule a derivada da função f(x) = x2 no ponto x0 = 6. A interpretação geométrica da derivada de uma função f(x) é a que, quando existe, f’(x0) fornece o VALOR COEFICIENTE ANGULAR DA RETA TANGENTE AO GRÁFICO DE f(x) no ponto x0. A assim a equação da reta ao gráfico de y = f(x) no ponto (x0, f(x0)) é dada por: 2.3.4. Determine a equação da reta tangente ao gráfico da função f(x) = x2 – 8x + 9 no ponto (3, -6). 2.3.5. Encontre uma equação da reta tangente ao gráfico da função f(x) = 3x3 + 2x no ponto de abscissa x0 = -3 2.4. APLICAÇÕES DA DERIVADA 2.4.1. VELOCIDADE E ACELERAÇÃO ESCALAR INSTANTÂNEA A velocidade escalar instantânea (vi) é limite da velocidade média (vm) quando a variação tempo aproxima se de zero, ou seja, é a derivada da função horária das posições s = f(t) em relação ao tempo. vi = ou vi = = s’(t). ENGENHARIA ELÉTRICA Apostila de Cálculo I Prof. Sérgio Santos Página 21 de 58 A aceleração escalar instantânea (ai) é o limite da aceleração média (am) quando a variação do tempo aproxima de zero, ou seja, é a derivada da velocidade escalar instantânea v = f(t) em relação ao tempo, ai = ou ai = = vi’(t). 2.4.1.1. EXERCÍCIOS PROPOSTOS 2.4.1.1.1. A posição de um ponto material que se movimenta ao longo de uma trajetória retilínea é dada por s = 2t3 – 4t + 6, em que s é medido em metros, a partir de uma origem conveniente, e t está em segundos. Determine: a) velocidade escalar média do ponto material entre os instantes 1 s e 3 s. b) a função horária da velocidade escalar instantânea em função do tempo. c) a velocidade escalar instantânea quando t = 5 s. d) a velocidade escalar instantânea inicial. e) a função horária da aceleração f) a aceleração escalar instantânea do ponto material no instante t = 2 s. 2.4.1.1.2. A velocidade de um corpo que se move ao longo de uma trajetória retilínea é v(t) = 2 – 3t +5t2, em que t está em segundos e v está em metros por segundo. a) qual a velocidadeescalar (média) do corpo para t = 7 segundos? b) qual a aceleração escalar do corpo para t = 7 segundos? 2.4.1.1.3. Um projétil é lançado verticalmente para cima com uma velocidade de 120 m/seg. A distância s, em metros, dessa pedra em relação ao topo do morro após t segundos é dada pela função horária s (t) = 120t – 5t2, a) Determine em que instante e com que velocidade o projétil atinge o solo. b) Determine a altura máxima alcançada pelo projétil. ENGENHARIA ELÉTRICA Apostila de Cálculo I Prof. Sérgio Santos Página 22 de 58 c) Determine a aceleração em um instante arbitrário t. 2.4.1.1.4. Uma pedra é lançada, verticalmente para cima, do alto de um morro de 18 metros de altura, com velocidade inicial de 20m/s. A distância s, em metros, dessa pedra em relação ao topo do morro após t segundos é dada pela função horária s = 20t – 5t2, Calcule a máxima altura que a pedra atinge em relação ao solo. 2.4.1.1.5. Uma luz está no alto de um poste de 5m. Um menino de 1,6m se afasta do poste à razão de 1,2m/s. a) A que taxa se move a ponta de sua sombra quando ele está a 6m do poste? b) A que taxa aumenta o comprimento de sua sombra? 2.4.2. CRESCIMENTO E DECRESCIMENTO DE FUNÇÕES 2.4.2.1. EXERCÍCIOS PROPOSTOS: 2.4.2.1.1. Obtenha os intervalos nos quais a função dada é crescente e nos quais é decrescente. a) b) f(x) = 3x + 6 c) f(x) = x2 – 4x + 6 2.4.2.1.2. Seja a função f definida por f(x) = x2 – 4x + 4. Estude o sinal a) de f. b) da derivada de f. ENGENHARIA ELÉTRICA Apostila de Cálculo I Prof. Sérgio Santos Página 23 de 58 2.4.2.2. TEOREMAS DO CRESCIMENTO E DECRESCIMENTO DAS FUNÇÕES. I – Se, para todo x ]a,b[ tivermos f’(x) > 0, então f(x) é crescente em todo intervalo ]a,b[ II – Se, para todo x ]a,b[ tivermos f’(x) < 0, então f(x) é decrescente em todo intervalo ]a,b[ 2.4.2.3. EXERCÍCIOS PROPOSTOS: Obtenha os intervalos nos quais a função dada é crescente e nos quais é decrescente: a) f(x) = -2x – 3 b) f(x) = 1 – x2 c) f(x) = - . d) f(x) = 2.4.3. TEOREMAS DA CONCAVIDADE DAS FUNÇÕES. I – Se, para todo x ]a,b[ tivermos f’’(x) > 0, então o gráfico f(x) é côncavo para cima em ]a,b[. II – Se, para todo x ]a,b[ tivermos f’’(x) < 0, então o gráfico f(x) é côncavo para baixo em ]a,b[. 2.4.3.1. EXERCÍCIOS PROPOSTOS: Obtenha os intervalos em que cada função é côncava para cima ou côncava para baixo: a) f(x) = x2 + 3x b) f(x) = -x3 – 8x2 + 3 c) f(x) = x3 – 9x2 + 6x – 5 d) f(x) = 2.4.4. REGRA DE L’HÔPITAL. 2.4.4.1. INTRODUÇÃO: No cálculo de limites nos defrontamos diversas vezes com alguns limites do tipo com =0 e =0 ou = então e = , sendo g uma função não identicamente nula e a um número real, podendo ser ou - . 2.4.4.2. EXEMPLOS: a) = 1 b) = 12 c) = 0 ENGENHARIA ELÉTRICA Apostila de Cálculo I Prof. Sérgio Santos Página 24 de 58 2.4.4.3. REGRA DE L’HÔPITAL Sejam f e g duas funções diferenciáveis e g’(x) 0 para x próximo de a(exceto possivelmente em a). Considere que =0 e =0. ou ainda que = e = . Se existe, então = 2.4.4.4. EXEMPLOS: Calcule o limite de: a) Solução: = = = (uma indeterminação). Assim, temos f(x) = senx, g(x) = x e g’(x) = 1 0. Usando a regra de L’Hôpital; = = = = = = 1. b) Solução: = = = (uma indeterminação). Assim, temos f(x) = x3 – 8 e g(x) = x – 2 e g’(x) = 1. = = = = = 12. c) Solução: = = (uma indeterminação). Assim, temos f(x) = ln, g(x) = x-1 e g’(x) = 1. = = = = = = 1. d) Solução: = = ( uma indeterminação). Assim, temos f(x) 3x – 1, g(x) = 7 – 12x e g’(x) = -12 = = = = - 2.4.4.5. EXERCÍCIOS PROPOSTOS: 2.4.4.5.1. Qual dos limites seguintes pode ser calculado usando a regra de L’Hôpital? a) b) 2.4.4.5.2. Por que não podemos calcular usando a regra de L’Hôpital? 2.4.4.5.3. Calcule o limite, usando a regra de L’Hôpital. a) b) ENGENHARIA ELÉTRICA Apostila de Cálculo I Prof. Sérgio Santos Página 25 de 58 CAPÍTULO III - INTEGRAL 3.1. INTRODUÇÃO: O ponto de partida para o Cálculo Integral é o problema de encontrar a área debaixo de uma curva. Na área da Física, veremos como determinar: a) o trabalho realizado para mover um objeto; 3.2. EXERCÍCIOS DE REVISÃO: Calcule a área de cada figura. a) b) c) ENGENHARIA ELÉTRICA Apostila de Cálculo I Prof. Sérgio Santos Página 26 de 58 3.3. ANTIDERIVADA DE UMA FUNÇÃO: Dizemos que F é uma antiderivada (ou primitiva) de f no intervalo I, se F’(x) = f(x), para todo x I. 3.3.1. EXEMPLOS: a) F(x) = x2 é uma antiderivada de f (x) = 2x, pois F’(x) = 2x. b) F(x) = 5x é uma antiderivada de f (x) = 5, pois F’(x) = 5 c) F(x) = senx é uma antiderivada de f (x) = cosx, pois F’(x) = cosx. d) F(x) = 2x4 é uma antiderivada de f(x) = 8x3, pois F’ (x) = 8x3. 3.3.2. EXERCÍCIOS PROPOSTOS a) Verifique se F(x) = x2 + 5 e G(x) = x2 – 5 são antiderivadas de f(x) = 2x. b) Determine duas antiderivadas de f (x) = 4. Em seguida, determine a antiderivada G tal que G(1) = 10. c) Um móvel desloca-se em linha reta e sua velocidade (em m/s) no tempo t é dada pela função v(t) = 4t + 5. Se em t = 1 s a posiçãodo móvel é s= 10 m. Determine a sua posição no tempo t. 3.4. TABELAS DE ALGUMAS INTEGRAIS FUNÇÃO ANTIDERIVADA an, com a ≠ -1 ln | x| ax, com a >0 e a ≠ 1 senx cosx cosx -senx ex ex 3.5. SIMBOLOGIA – lê-se: integral indefinida da função f (com variável independente x). - lê-se: integral indefinida da função h (com variável independente t). Usamos o adjetivo “indefinida” porque representa uma família de antiderivadas, e não uma função específica. Mais adiante, estudaremos as integrais definidas. Assim: = F(x) + C = H(t) + C Logo A INTEGRAL DE UMA FUNÇÃO = ANTIDERIVADA + CONSTANTE. 3.6. PROPRIEDADES OPERATÓRIAS 3.6.1. = c ; 3.6.2. 3.6.3. ENGENHARIA ELÉTRICA Apostila de Cálculo I Prof. Sérgio Santos Página 27 de 58 3.7. EXERCÍCIOS RESOLVIDOS: Obtenha as integrais indefinidas a seguir: a) = + c = = + c. b) = = + c = + c. c) = d) = = = = 3.8. EXERCÍCIOS PROPOSTOS: 3.8.1. Calcule: a) b) c) d) e) f) . 3.8.2. Se um ponto se move em uma reta coordenada com a aceleração a(t) e as condições iniciais dadas, determine s(t). a) a(t) = 2 – 6t; v(0) = -5 e s(0) = 4. b) a(t) = 3t2; v(0) = 20 e s(0) = 5. 3.8.3. Um projétil é lançado verticalmente para cima com uma velocidade de 50 m/s e uma aceleração de 10 m/s2. Desprezando a resistência do ar, determine: a) sua distância no instante t. b) altura máxima atingida. 3.8.4. Uma pedra, partindo do repouso, caiu de uma altura de 320m. Despreza-se a resistência do ar e adota-se g=10m/s2. Determine: a) o tempo gasto na queda. ENGENHARIA ELÉTRICA Apostila de Cálculo I Prof. Sérgio Santos Página 28 de 58 b) a velocidade da pedra ao atingir o solo. 3.9 – MUDANÇA DE VARIÁVEL: Cálculo da primitiva de uma função, ao contrário da derivada, pode torna-s uma tarefa bastante difícil quando não houver possibilidade de usar diretamente as propriedades e as fórmulas apresentadas. Entretanto, existe uma técnica bastante simples que pode encaminhar a solução em muitas oportunidades. É o caso em que a mudança de variável leva a uma expressão que se enquadra na tabela de integrais que apresentamos. 3.9.1. DIFERENCIAL DE UMA FUNÇÃO: Se y = f(x) é uma função derivável no ponto x, chamamos de diferencial da função f neste ponto x a expressão: dy = f’(x)dx Exemplos: a) Se y = 3x, então dy = (3x)’dx = dy =3dx; b) Se y = x2 + 1, então dy = (x2 +1)’ dx = 2xdx; c) Se y = senx, então dy = (senx)’dx = cosx dx. 3.9.2. EXEMPLOS DE MUDANÇA DE VARIÁVEL a) Solução: chamamos u = 2x + 1, então du = (2x +1)’dx = 2dx ou dx = . b) Solução: chamamos u = 3x+ 4, então du = 3dx ou dx = 3.9.3. EXERCÍCIOS PROPOSTOS: Calcular as integrais indefinidas: a) b) c) d) e) f) g) 3.10. INTEGRAL DEFINIDA: Seja f uma função e F uma das suas primitivas ou antiderivadas. Definimos a integral definida de entre os limites a e b como a diferença F(b) – F(a), e indicamos simbolicamente: A diferença F(b) – F(a) também costuma ser indicada pelo símbolo [F(x)] 3.10.1. EXERCÍCIOS RESOLVIDOS: Calcule: a) b a ENGENHARIA ELÉTRICA Apostila de Cálculo I Prof. Sérgio Santos Página 29 de 58 Solução: Passo1: encontre F(x) de f(x) = x2. F(x) = + c Passo2: Calcule F(5) e F(2) e em seguida F(5) – F(2) F(5) = + c = + c F(2) = + c = + c F(5) – F( 2) = ( - = Obs.: não é necessária a constante c. b) Solução: Passo1: encontre F(t) de f(t) = . F(t) = - Passo2: Calcule F(4) e F(1) e em seguida F(4) – F(1) F(4) = - F(1) =- = -1 F(4) – F( 1) = - - ( -1) = - + 1 = - + = 3.10.2. EXERCÍCIOS PROPOSTOS: Calcule as integrais indicadas: a) b) c) d) 3.11. SIGNIFICADO GEOMÉTRICO DA INTEGRAL DEFINIDA: representa a área da região compreendida entre o gráfico, o eixo x e as verticais que passam por a e b, 3.11.1. EXERCÍCIOS PROPOSTOS: Obtenha as áreas destacadas. a) b) ENGENHARIA ELÉTRICA Apostila de Cálculo I Prof. Sérgio Santos Página 30 de 58 c) d) 3.12. OUTRAS APLICAÇÕES DA INTEGRAL 3.12.1. ACELERAÇÃO, VELOCIDADE E ESPAÇO. 3.12.1.1. Uma partícula percorre uma trajetória reta, com aceleração de 2 cm/s2. Quando o tempo começou a ser contato (t = 0), a partícula passava pela marca 10 cm da trajetória, com velocidade de 5 c/s. a) calcular a equação da velocidade da partícula em função do tempo. b) calcular a equação do espaço percorrido pela partícula em função do tempo. c) calcular o tempo o tempo necessário para que a partícula passe pela marca de 94 cm. 3.12.1.2. Uma pedra é solta do topo de um edifício de 25 andares, a uma altura de 80 m, e cai em queda livre. A aceleração da gravidade é de 10 m/s2. a) determinar a equação da velocidade do corpo em função do tempo de queda (t = 0 e v = 0). b) determinar a equação do espaço percorrido pela pedra em função do tempo de queda (t=0 e s=0). c) calcular o tempo necessário para que a pedra atinja o solo. Qual a velocidade de impacto? ENGENHARIA ELÉTRICAApostila de Cálculo I Prof. Sérgio Santos Página 31 de 58 TABELA DAS INTEGRAIS I – FORMAS BÁSICAS: 1. = + c 2. = ln |x| + c 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. + c. RESPOSTAS DO CAPÍTULO I - LIMITE 1.1.1.1.f(x) = x2 + 1 a) D(f) = R (conjunto dos números reais) b) f(-1) = 2 c) f( 2) = 5 1.1.1.2. g(x) = . a) D(g) = R – {3}, pois g(x) = = = (uma indeterminação, o denominador não pode ser zero). Assim a função g pode ser definida por g(x) = x + 3, com x ≠ 3 b) g(1) = 4 c) x g(x)=y x g(x)=y 2,9 2,9 + 3 =5,9 3,1 3,1 + 3 =6,1 2,99 2,99 + 3 =5,99 3,01 3,01 + 3 = 6,01 2,999 2,999 + 3 =5,999 3,001 3,001 + 3 = 6,001 2,9999 2,9999 + 3 =5,999 3,0001 3,0001 + 3 = 6,001 d) quando o domínio se aproxima de 3(valores menores e valores menores) a imagem se aproxima(tende) de 6. 1.1.1.3. m(x) = a) m(0) = 2. 0 = 0, pois 0 < 1 b) m( 2) = 2 + 1, pois 2 > 1 c) Complete a tabela abaixo: x m(x)=y = 2x x m(x)=y = x+1 0,9 2 . 0,9 = 1,8 1,1 1,1 + 1 = 2,1 0,99 2 . 0,99 = 1,98 1,01 1,01 + 1 = 2,01 0,999 2 . 0,999 = 1,998 1,001 1,001 + 1 = 2,001 0,9999 2 . 0,9999 = 1,9998 1,0001 1,0001 + 1 = 2,0001 d) quando o domínio se aproxima de 1(valores menores e valores menores) a imagem se aproxima(tende) de 2. 1.1.1.4. Seja a função h definida por h(x) = . Calcule a) h(0) = 0 + 3 = 3 b) h( 10) = 2.10 + 2 = 20 + 2 = 22 c) Complete a tabela abaixo: x h(x)=y = x + 3 x h(x)=y = 2x + 2 1,9 1,9 + 3 = 4,9 2,1 2 . 2,1 + 2 = 4,2 + 2 = 6,2 ENGENHARIA ELÉTRICA Apostila de Cálculo I Prof. Sérgio Santos Página 32 de 58 1,99 1,99 + 3 = 4,99 2,01 2 . 2,01 + 2 = 4,02 + 2 = 6,02 1,999 1,999 + 3 = 4,999 2,001 2 . 2,001 + 2 = 4,002 + 2 = 6,002 1,9999 1,9999 + 3 = 4,9999 2,0001 2 . 2,0001 + 2 = 4,0002 + 2 = 6,0002 d) quando x tende pela esquerda (valores menores que 2), os valores de y aproximam de 5 e quando x tende pela direita (valores maiores que 2), os valores de y, de 6. 1.2.2.1. a) = = = 2 + 1 = 3 x 1,9 1,99 1,999 2,001 2,01 2,1 f(x) = = x+1 2,9 2,99 2,999 3,001 3,01 3,1 b) = = = = =0,25. x 1,9 1,99 1,999 2,001 2,01 2,1 f(x) = = 0,2506 0,2500 0,2499 0,2494 0,2439 c) = 4 – 2 = 2 1.2.2.2 i) a) f( 1) = 2 b) = não existe. c) f(4) = não está definido. d) 2. 2.1.2 ii) a) f( -2) = não está definido b) = não existe c) f(0) = 4 d) = não existe e) f(2 ) = não está definido f) = 0,5 g) f(4) = 2 h) = . 1.3.1.1 a) f(0,999) 3,5 b) f(1,001) 1 c) f(3,9999) 2 d) f(4,0001) 2 1.3.1.2 a) = 3,5 b) = 1 c) = 2 d) = 2 1.3.1.3. = L e = M. 1.4.1.a) Sim, porque 1.5.1.1 a) = 9 b) = 14 c) = -3 d) = 14 e) =-5. f) = -42 g) = 11 h) =-33 i) = -2 j) = - 135 k) = 15/2 l) = 1 ENGENHARIA ELÉTRICA Apostila de Cálculo I Prof. Sérgio Santos Página 33 de 58 m) = 24 o) = 9 p) = 9/10 q) = -2/5 r) = -1/2 s) = 1/5 t) = 1/2 u) = 1/25 v) = 28/3 w) = 1 1.5.1.2 a) = 16 b) = 1/4 c) = 24 1.5.1.3 a) = 12 b) = -6 c) = 27 d) =1/3. 1.5.1.4. a) = 3 b) = 9 c) = 1/16 d) = -2/3 1.5.1.5. O = 15 1.5.1.6. Porque o = 0 (denominador não pode ser zero). 1.6.1.1. a) -5 b) 4 c) 18 d) 9 e) 1/3 f) 12 g) 27 h) 1/2 i) 1/54 1.7.2. a) +∞ b) +∞ c) 0 d) 0 1.8.2. a) + ∞ b) +∞ 1.9.2.1 a) 5 b) 2 c) - ∞ 1.9.2.2. Sim 1.9.2.3. Sim 1.9.2.4. 0 1.10.1 a) 4 b) 0 c) + ∞ 1.11.2 a) e2 b) e1/3 c) e2 d) e3/2 ENGENHARIA ELÉTRICA Apostila de Cálculo I Prof. Sérgio Santos Página 34 de 58 1.12.1 a) + ∞ b) + ∞ 1.13.2 a) -1 b) k c) 0 d) k e) a/b 1.14.3.1. a) Não b) Sim c) Não c) Não d) Sim 1.14.3.2. f(3)= ½ 1.14.3.3. m = 2/3 1.14.3.4. a = 1 RESPOSTAS DO CAPÍTULO II - DERIVADAS 2.1.2.1 a) -2 b) -2 2.1.2.2 a) 4 b) 12 2.1.2.3. Devemos usar as regras de derivação. 2.2.1.1 a) 0 b) 0 c) 0 2.2.2.2 a) 8x7 b) -2x-3 c) 3/4x-1/4 d) 1/3x-2/3 2.2.3.1 a) 32x7 b) -6x-3 c) 6/5x-4/5 2.2.4.1 a) 1/xln5 b) 1 / xln1/2 c) 2/x 2.2.5.1 a) 2x ln2 b) (1/2)x ln1/2 c) 6ex 2.2.6.1 a) -3cosx b) -5/4senx. 2.2.7.1 a) 6x – 7 b) 2 + 3senx c) cosx + senx + 1 d) 2t + 1/2t-1/2 2.2.8.1 a) 3senx +3xcosx b) 5x4 + 3x2 – 4x c) cos2x – sen2x d) 7x6 + 6x5 – 20x4 – 8t3 +12t2 2.2.9.1 a) -4x/(1+x2)2 b) sec2x c) d) e.1) 2p/(p-2) e.2) 2,2 2.2.10.2.1 a) u(x) = 2x + 1 e v(x) = b) u(x) = 4x – 3 e v(x) = ex c) u(x) = x – 1 e v(x) = senx ENGENHARIA ELÉTRICA Apostila de Cálculo I Prof. Sérgio Santos Página 35 de 58 d) u(x) = e v(x) = 2.2.10.2 a) -6sen6x b) 3cos(3x+1) c) 6x(6x2 +1)-0,5 d) -36(1-3x)3 e) 8e2x – 5/x 2.2.11.2 a) 36 b) –cosx c) 2x-3 2.3.1 a) 11,5 b) 11,99 2.3.2 12 2.3.3 12 2.3.4 y = - 2x 2.3.5 y = 79x + 150 2.4.1.1.1 a) 4 m/s b) v (t) =( 6t2 – 4) m c) 146 m d) v0 = -4 m/se) a (t) = 12t m/s2 f) a(2) = 24m/s2 2.4.1.1.2. a) 67 m/s b) 10 m/s2 2.4.1.1.3. a) 24 s b) 720 m c) a( t) = -10 m/s2 2.4.1.1.4. 38 m 2.4.1.1.5. a) 0,546 m/s b) 1,746 m/s 2.4.2.1.1 a) Crescente [-7, -4] e [ -1,6] Decrescente: [-4,-1] e [6, 7]. b) Crescente nos reais. c) Crescente: [2, [ Decrescente: ]- , 2] 2.4.2.1.2. a) para x > 2, f(x) = y > 0, f é crescente. para x < 2, f(x) = y < 0, f é decrescente. ENGENHARIA ELÉTRICA Apostila de Cálculo I Prof. Sérgio Santos Página 36 de 58 b) para x > 2, f(x) = y > 0. para x < 2, f(x) = y < 0. 2.4.2.3. a) Crescente para todos reais b) Crescente: ]- [ Decrescente: ]0, [ c) Crescente: ]- [ ou ]4, [ Decrescente: ]3, [ d) Crescente: ]- [ ou ]1, [ Decrescente: ]- [ ou ]0, [ 2.4.3.1 a) Côncava para cima em R; b) Côncava para cima em ] - ; -8/3[ Côncava para baixo em ] -8/3, [ c) Côncava para cima em ] 3, [ Côncava para baixo em ] - ; 3[ d) Côncava para baixo em ]1,3[ 2.4.4.5.1 a) sim b) não, porque o numerador é diferente de zero. 2.4.4.5.2 Não é uma indeterminação, portanto a regra de L’Hôpital não é aplicável. 2.4.4.5.3 a) 5 b) 1/114. RESPOSTAS DO CAPÍTULO III – INTEGRAL 3.2 a) 1 b) 12 c) ??? 3.3.2 a) Sim b) F(x) = 4x -1, G(x) = 4x +4 e G(x) = 4x + 6, pois G(1) = 4.1. + 6 = 10. 3.3.3 s(t) = 2t2 + 5t + 3; 3.8.1. a) F(x) = b) F(x) = c) F(x) = 2x + C d) F(x) = e) F(x) = -4cosx – 3senx + C f) F(x) = 3.8.2 a) s(t) = t2 – t3 – 5t + 4 b) s(t) = ENGENHARIA ELÉTRICA Apostila de Cálculo I Prof. Sérgio Santos Página 37 de 58 3.8.3. a) s(t) = – 5t2 + 50t. b) 125 m 3.8.4 a) 8 s b) caindo a 80 m/s. 3.9.3 a) 1/3 ln |4 + 3x| + C b) ln |lnx| + C c) ½ e2x + C d) ½ e2x + 3 + C e) esenx + C f) 2/3 (x2 + 1)1/2 + C g) 1/24 (3x2 + 1)4 + C 3.10.2 a) 15 b) 8/3 c) e3 – 1 d) 3/2 3.11.1. a) 1/3 b) 9 c) ln2 d) 1/6 3.12.1.1 a) v(t) = 2t + 5 b) s( t) = t2 + 5t + 10 c) t = 7 s 3.12.1.2. a) v(t) = -10t b) s(t) = -5t2 + 80 c) t= 4 s ENGENHARIA ELÉTRICA Apostila de Cálculo I Prof. Sérgio Santos Página 38 de 58 EXERCÍCIOS RESOLVIDOS DE LIMITES, 01. 3 6 18 623 18 lim 623 18 lim 1332 3 xxxx x xx 02. 1csclim .sec sec lim sec1 lim 2 2 22 x tgxx x x tgx xxx 03. 3 1 13 3 1 sen 3sen3 lim 3 1 cos 3cos lim 3 1 3sec sec lim 3 lim 2 2 2 2 2 2 22 x x x x x x xtg tgx xxxx 04. 00.1ln.limsenlimlnsenlim csc ln lim 0000 xx x x xx x x x x xxxx 05. 2 sec 1 lim.2lim.2 1 cot2 lim ln senln lim 2 000 2 0 xtgx x x gx x x xxxx 06. 1 sen1 sen.;0. 1 ; 1 sen.lim y y x xyx x y x x x 07. 0lim 2 2 lim 1 lim.1lim 2 22 2 22 x xxxxx x x e xe x e x ex 08. 0 . 1 lim 1 lim ln limln.lim xxxxxx x x exe x e x xe 09. 0lnlim. sen limln. sen limln.senlim 0000 xx x x xx x x xx xxxx 10. 2 1 2 lim 1 2 lim 11 lim 22 222 xx x x x x x xxx 11. 2 1 .2 lim 1 1 lim 1 1 lim 1 11 lim 01000 x x xx x xx x xxx ex e ex e ex xe ex 12. x x xxyxyx xx x 1 senln senln.lnsen;senlim 0 , então 0 1 0 sec 2 limlim 1 cot lim 1 senln limlnlim 2 0 2 0 2 000 x x tgx x x gx x x y xxxxx e 1lim 0ln 0 eey x x 13. 00.1.1ln cos 1sen ln cos sen ln.ln;lim 0 xx xx x x x x xtgxyxyx tgxtgx x 1limlimlim 0ln 000 eeyx y xx tgx x 14. x e exyeye x xxxxx x 1 1ln 1ln.ln1;1lim 0 x x x x x x x x x x xx e exx e ex x e e x e y .2 lim 1 . lim 1 1lim 1 1ln limlnlim 2 0 2 0 2 000 ENGENHARIA ELÉTRICA Apostila de Cálculo I Prof. Sérgio Santos Página 39 de 58 02lim 2 0 xx x . Então, 1lim 0 0 ey x 15. x x y x x x x yxyx xx xx x lnln limlnlim lnln lnln 1 lnln;lnlim 11 0 ln. 1 lim 1 ln. 1 lim xx xx xx . Portanto, 1limlimlim 0ln eey x y xx 16. xaxxaxxax x e x yeyae 111 1ln 1 ln1;0,1lim então, y x lnlim y xxaxx ax ax x xax x eya e e ea x e ln 1 limlim e , 1 1 lim 1 1 . lim 1ln lim aa x ee lim 17. x ax ax x yaxyaax xx x 1ln 1ln 1 ln1;0,1lim 11 então, xx y limlim 18. 00 11 0 limlnlim cosln cosln 1 lncos;coslim xx xx x y x x x x yxyx x xcosln 1limcoslim ,então 0lim 1 cos sen lim 0ln 0 1 000 eextgxx x y x x xxx 19. 2112 1 1 1 1 1 1 1 1 ln limlnlim 1 ln lnlnln;lim 222 x x y x x yxyxyx xx xxx x 2 1 2 1 1 ln 11 1 1 1211 limlimlimlim 2 1 2 1 lim 2 1 lim 2 eeeyx xx x x y xx x xxx 1limlimlim portanto ,0 1 1lim 1ln 0ln eeyax a x ax x y xxx ENGENHARIA ELÉTRICA Apostila de Cálculo I Prof. Sérgio Santos Página 40 de 58 I EXERCÍCIO SOBRE LIMITE 01 – Seja função f definida por f(x) = x – 2. a) preencha corretamente a tabela: x f(x)=y 3,99 3,999 4.001 4,01 b) com base na tabela acima, existe o limite de f quando x se aproxima de 4, ou seja, existe ? 02 – Seja função g definida por g(x) = , com x ≠ 1 a) preencha corretamente a tabela: x g(x)=y 0,99 0,999 1.001 1,01 b) com base na tabela acima, existe o limite de g quando x se aproxima de 1, ou seja, existe ? 03 – Seja função h definida por h(x) = a) preencha corretamente a tabela: x h(x)=y 1,99 1,999 2.001 2,01 b) com base na tabela acima, existe o limite de h quando x se aproxima de 2, ou seja, existe ? 04. Se f(6,99) = 0,1504, f(6,999) =0,1501, f(7,001) = 0,1502 e f(7,01) = 0,1503. Calcule . 05. Se f(5,99) = 7,01, f(5,999) =7,001, f(6,001) = 2,001 e f(6,01) = 2,01. Calcule . 06. É possível dizer se existe examinando somente os valores de f(x) para x perto de e maiores do que 5? Por quê? 07 - Calcule com base na definição de limite. 08. Com base no abaixo, responda corretamente as questões abaixo: Calcule: a) f(0) b) f(1) c) f(3) d) f(5) e) f(1,1) f) f(0,999) g) f(3,01) h) f( 4,999) i) f( 5,001) . 09. Com base no gráfico acima, responda corretamente as questões abaixo. a) Existe limite de f quando x se aproxima de 1? b) Existe limite de f quando x se aproxima de 3? c) Existe limite de f quando x se aproxima de 5? d) Existe limite de f quando x se aproxima de 0? ENGENHARIA ELÉTRICA Apostila de Cálculo I Prof. Sérgio Santos Página 41 de 58 II EXERCÍCIO SOBRE LIMITE 01. Seja a função definida por f(x) = , com x ≠ 5. a) Complete a tabela corretamente: x 4,99 4,999 5,0001 5,001 f(x) = b) Use o resultado para fazer uma estimativa do 02. Seja a função definida por f(x) = , com x ≠ 1. a) Complete a tabela corretamente: x 0,99 0,999 1,0001 1,001 f(x) = b) Use o resultado para fazer uma estimativa do 03. Seja o gráfico da função g. Calcule: a) ; b) ; c) ; d) ; e) ; f) . 04. Seja a função g definida por g(x) = Calcule os limites indicados, se existirem; se o(s) limite(s) não existir (em) especificar a razão. a) ; b) ; c) ; 05. Seja a função h definida por h(x) = Calcule os limites indicados, se existirem; se o(s) limite(s) não existir (em) especificar a razão. a) ; b) ; c) ; ENGENHARIA ELÉTRICA Apostila de Cálculo I Prof. Sérgio Santos Página 42 de 58 06. Dada a função f definida por f(x) = Determine a para que exista 07. Dada a função g definida por g(x) = Determine a para que exista 08. Dada a função g definida por g(x) = Determine a para que exista 09. Sabendo que f(x) = 3x + 1 e g(x) = , calcule: a) b) c) d) 10. Se = 12. Calcule: a) b) , sabendo que ENGENHARIA ELÉTRICA Apostila de Cálculo I Prof. Sérgio Santos Página 43 de 58 III EXERCÍCIO SOBRE LIMITE 01. Calcule o valor de f(x) nos seguintes casos: a) f(x) = - (x- 1)3 + (1 – x)2 + 1 para x = - 1 Resp. f(-1) = 13 b) f(x) = para x = -2 Resp. f(-2) = c) f(x) = para x = - Resp. f( - 02. Simplifique Resp. 03. Calcule: a) Resp. - 2 b) Resp. 03. Obtenha os limites: a) Resp. 14 b) Resp. - c) Resp. 0 d) Resp. - 04. Calcule os limites: a) Resp. 2 b) Resp. c) Resp. d) Resp.-1 e) Resp. 1 f) Resp. 05. Calcule os limites a) Resp. b) Resp. - ENGENHARIA ELÉTRICA Apostila de Cálculo I Prof. Sérgio Santos Página 44 de58 COMENTÁRIO DO I EXERCÍCIO SOBRE LIMITE 01 – Seja função f definida por f(x) = x – 2. a) preencha corretamente a tabela: x f(x)=y = x- 2 3,99 3,99 – 2 = 1,99 3,999 3,99 – 2 = 1,999 4,001 4,001 – 2 = 2,001 4,01 4,01 – 2 = 2,01 b) com base na tabela acima, existe o limite de f quando x se aproxima de 4, ou seja, existe ? Resp. Sim existe o limite, o valor do limite é 2, pois para x com valores menores e maiores que 4 f(x) = y atende a 2. 02 – Seja função g definida por g(x) = , com x ≠ Um Obs.: x2 +x – 2 = (x – 1) (x + 2) g(x) = = x+ 2, com x ≠ 1 a) preencha corretamente a tabela: x g(x)=y = x+ 2 0,99 0,99 + 2 = 2,99 0,999 0,999 + 2 = 2,999 1,001 1,001 + 2 = 3,001 1,01 1,01 + 2 = 3,01 b) com base na tabela acima, existe o limite de g quando x se aproxima de 1, ou seja, existe ? Resp. Sim existe o limite, o valor do limite é 3, pois para x com valores menores e maiores que 1 g(x) = y atende a 3. 03 – Seja função h definida por h(x) = a) preencha corretamente a tabela: x h(x)=y 1,99 1,99 + 2 = 3,99 1,999 1,999 + 2 = 3,999 2,001 2,0012 – 1 = 4,004 -1 = 3,001 2,01 2,01 – 1 = 4,040 – 1 = 3,040 b) com base na tabela acima, existe o limite de h quando x se aproxima de 2, ou seja, existe ? Resp. Não existe o limite, pois quando x é menor e próximo de 2, h(x) = y se aproxima de 4 e quando x é maior e próximo de 2, h(x) = y se aproxima de 3. 04. Se f(6,99) = 0,1504, f(6,999) =0,1501, f(7,001) = 0,1502 e f(7,01) = 0,1503. Calcule . Resp. Sim existe o limite, o valor do limite é 0,1500, pois para x com valores menores e maiores que 7 f(x) = y atende a 0,1500. 05. Se f(5,99) = 7,01, f(5,999) =7,001, f(6,001) = 2,001 e f(6,01) = 2,01. Calcule . Resp. Não existe o limite, pois quando x é menor e próximo de 6, f(x) = y se aproxima de 7 e quando x é maior e próximo de 6, f(x) = y se aproxima de 2. Tende a 3 Tende a 2 Tende a 4 e 3, respectivamente ENGENHARIA ELÉTRICA Apostila de Cálculo I Prof. Sérgio Santos Página 45 de 58 06. É possível dizer se existe examinando somente os valores de f(x) para x perto de e maiores do que 5? Por quê? Resp. Não, para determinar se existe , devemos examinar o valor de f(x) em AMBOS LADOS de x = 5. 07 - Calcule com base na definição de limite. Resp. 1º passo: fatorar a expressão = = x+ 4 [ x2 – 16 = x2 – 42 = (x + 4) (x - 4)] 2º passo: determinar as imagens de x para valores próximos de 4 x f(x)=y = x+ 4 3,99 3,99 + 4 = 7,99 3,999 3,999 + 4 = 7,999 4,001 4,001 + 4 = 8,001 4,01 4,01 + 4 = 8,01 3º passo: calcular o limite = 8. 08. Com base no abaixo, responda corretamente as questões abaixo: 0 Calcule: a) f(0) = 3,5 b) f(1) = 3 ( bolinha fechada) c) f(3) = 1 d) f(5) = 1,5 e) f(1,1) 2 f) f(0,999) 3 g) f(3,01) 4,5 h) f( 4,999) 1,5 i) f( 5,001) 3,5 09. Com base no gráfico acima, responda corretamente as questões abaixo. a) Existe limite de f quando se aproxima de 1? Não, pois f(0,999) ≠ f(1,001) b) Existe limite de f quando se aproxima de 3? Não, pois f(2,999) ≠ f(3,001) c) Existe limite de f quando se aproxima de 5? Não, pois, f(4,999) ≠ f(5,001). d) Existe limite de f quando se aproxima de 0? Sim. Pois f(-0,001) f(0,001)= 3,5 ENGENHARIA ELÉTRICA Apostila de Cálculo I Prof. Sérgio Santos Página 46 de 58 COMENTÁRIO DO II EXERCÍCIO DE REVISÃO LIMITE 01. Seja a função definida por f(x) = , com x ≠ 5. a) Complete a tabela corretamente: x 4,99 4,999 5,0001 5,001 f(x) = Solução: 1º passo: simplificar a expressão: = x+5 x 4,99 4,999 5,0001 5,001 f(x) = = x+5 9,99 9,999 10,0001 10,001 b) Use o resultado para fazer uma estimativa do = 10 02. Seja a função definida por f(x) = , com x ≠ 1. Solução: 1º passo: simplificar a expressão: -x2 + 4x – 3 = 0, assim A = -1, B = 4 e C = -3. X = = = = X1 = = = 1 X2 = = = 3 -x2 + 4x – 3 = (-1) (x – 3) ( x – 1) = = = (-1) (x – 3) = - x + 3 = 3 - x a) Complete a tabela corretamente: x 0,99 0,999 1,0001 1,001 f(x) = = 3 - x 2,01 2,001 1,9999 1,999 b) Use o resultado para fazer uma estimativa do = 2 03. Seja o gráfico da função g. Solução: a) = 3 b) = 3 c) = 3 ENGENHARIA ELÉTRICA Apostila de Cálculo I Prof. Sérgio Santos Página 47 de 58 d) = 2 e) = 2 f) = 2 04. Seja a função g definida por g(x) = Calcule os limites indicados, se existirem; se o(s) limite(s) não existir (em) especificar a razão. Solução: a) = b) = = 12 + 2.1= 1 + 2 = 3 c) Não existe ( , pois ≠ 05. Seja a função h definida por h(x) = Calcule os limites indicados, se existirem; se o(s) limite(s) não existir (em) especificar a razão. Solução: a) = = 3.2 + 2 = 6 + 2 = 8 b) = = (-1).22 + 12 = (-1).4 + 12 = - 4 + 12 = 8 c) = 8, pois ) = 06. Dada a função f definida por f(x) = Determine a para que exista Solução: Existe quando = = = 5 – (-1) = 5 + 1 = 6 = = = 3a - 2 3a - 2 = 6 3a = 8 a = 07. Dada a função g definida por g(x) = Determine a para que exista Solução: Existe quando = Fatorando: 3x2 – 5x – 2 = 3(x – 2) ( x + ) Assim: g(x) = = 3( x + ) = 3x + 1 = = 3.3 + 1 = 9 + 1 = 10 = = = 3 – a.3 – 32 = 3 – 3a – 9 = -3a – 6
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