Aproximações Lineares e Polinômios de Taylor

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Aula 14
Diferenciais. Aproximações
Lineares e Polinômios de
Taylor
MA111 - Cálculo I
Turmas O, P e Q
Marcos Eduardo Valle
Departamento de Matemática Aplicada
Instituto de Matemática, Estatística e Computação Científica
Universidade Estadual de Campinas
Diferenciais
Se y = f (x), em que f é derivável, então
dy
dx
= f ′(x).
Diferencial
Escrevemos
dy = f ′(x)dx ,
e chamamos diferencial as quantidades dy e dx .
Interpretação:
Interpretamos dy como sendo a pequena variação que y sofre
quando x sofre uma pequena variação dx .
Note que dy depende tanto de dx como f ′ calculada em x .
Exemplo
O raio de uma esfera tem 21cm, com um possível erro de
medida de no máximo 0.05cm. Qual o erro máximo cometido
ao usar esse raio para calcular o volume da esfera?
Exemplo
O raio de uma esfera tem 21cm, com um possível erro de
medida de no máximo 0.05cm. Qual o erro máximo cometido
ao usar esse raio para calcular o volume da esfera?
Resposta:
dV = 4pi(21)20.05 ≈ 277cm3.
Portanto, o erro (absoluto) é aproximadamente 277cm3.
O erro absoluto é grande ou pequeno?
Exemplo
O raio de uma esfera tem 21cm, com um possível erro de
medida de no máximo 0.05cm. Qual o erro máximo cometido
ao usar esse raio para calcular o volume da esfera?
Erro Relativo
dV
V
= 3
dr
r
≈ 0,007 = 0,7%.
Aproximação Linear
Considere a função f (x) = ex , com x próximo de a = 0.
A reta tangente é dada por:
y − f (a) = f ′(a)(x − a),
ou seja,
y = 1 + x .
Aproximação Linear
Considere a função f (x) = ex , com x próximo de a = 0.
A reta tangente é dada por:
y − f (a) = f ′(a)(x − a),
ou seja,
y = 1 + x .
Aproximação Linear
Considere a função f (x) = ex , com x próximo de a = 0.
A reta tangente é dada por:
y − f (a) = f ′(a)(x − a),
ou seja,
y = 1 + x .
Aproximação Linear
Considere a função f (x) = ex , com x próximo de a = 0.
A reta tangente é dada por:
y − f (a) = f ′(a)(x − a),
ou seja,
y = 1 + x .
Aproximação Linear
Considere a função f (x) = ex , com x próximo de a = 0.
Conclusão:
Para valores de x próximos de a, a função pode ser
aproximada pela reta tangente.
Aproximação Linear
A reta tangente a curva y = f (x) em (a, f (a)) é
y − f (a) = f ′(a)(x − a) ⇔ y = f (a) + f ′(a)(x − a).
Definição (Aproximação Linear ou Linearização)
Para valores de x suficientemente próximos de a, uma função f
derivável pode ser aproximada por
L(x) = f (a) + f ′(a)(x − a).
Polinômios de Taylor
Definição (Polinômios de Taylor)
Podemos aproximar uma função f suficientemente derivável
pelo polinômio
Tn(x) = f (a)+ f ′(a)(x−a)+ f
′′(a)
2!
(x−a)2+ . . .+ f
(n)(a)
n!
(x−a)n,
para x suficientemente próximos de a.
Exemplo
Exemplo
Determine o polinômio de Taylor de grau n da função f (x) = ex .
Exemplo
Exemplo
Determine o polinômio de Taylor de grau n da função f (x) = ex .
Polinômio de grau n = 1:
T1(x) = 1 + x .
Exemplo
Exemplo
Determine o polinômio de Taylor de grau n da função f (x) = ex .
Polinômio de grau n = 2:
T2(x) = 1 + x +
1
2
x2.
Exemplo
Exemplo
Determine o polinômio de Taylor de grau n da função f (x) = ex .
Polinômio de grau n = 3:
T3(x) = 1 + x +
1
2
x2 +
1
6
x3.
Exemplo
Exemplo
Determine o polinômio de Taylor de grau n da função f (x) = ex .
Polinômio de grau n = 4:
T4(x) = 1 + x +
1
2
x2 +
1
6
x3 +
1
24
x4.
Exemplo
Exemplo
Determine o polinômio de Taylor de grau n da função f (x) = ex .
Polinômio de grau n = 5:
T5(x) = 1 + x +
1
2
x2 +
1
6
x3 +
1
24
x4 +
1
120
x5.
Exemplo
Exemplo
Determine o polinômio de Taylor de grau n da função f (x) = ex .
Polinômio de grau n:
Tn(x) = 1 + x +
1
2
x2 +
1
6
x3 + . . .+
1
n!
xn.
Exemplo
Exemplo
Determine o polinômio de Taylor de grau 2n da função
f (x) = cos(x).
Exemplo
Exemplo
Determine o polinômio de Taylor de grau 2n da função
f (x) = cos(x).
Polinômio de grau n = 0:
T0(x) = 1.
Exemplo
Exemplo
Determine o polinômio de Taylor de grau 2n da função
f (x) = cos(x).
Polinômio de grau n = 1:
T2(x) = 1− 12x
2.
Exemplo
Exemplo
Determine o polinômio de Taylor de grau 2n da função
f (x) = cos(x).
Polinômio de grau n = 2:
T4(x) = 1− 12x
2 +
1
24
x4.
Exemplo
Exemplo
Determine o polinômio de Taylor de grau 2n da função
f (x) = cos(x).
Polinômio de grau n = 3:
T6(x) = 1− 12x
2 +
1
24
x4 − 1
720
x6.
Exemplo
Exemplo
Determine o polinômio de Taylor de grau 2n da função
f (x) = cos(x).
Polinômio de grau 2n:
T2n(x) = 1− 12x
2 +
1
4!
x4 + . . .+ (−1)n 1
(2n)!
x2n.