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LISTÃO PROVA COLEGIADA Centro Universitário UNA Cálculo Integral 1 Parte 1: Estudo da esfera 1 - Uma estufa para cultivo de hortaliças foi dimensionada com uma configuração esférica. Foram instalados três sensores de temperatura, dois nos pontos A (1, 7, 2) e B(2, 4, 2) e o terceiro no centro da esfera como mostra a figura abaixo. A distância entre o os sensores C e B é de: (A) 5 unidades de comprimento (B) 10 unidades de comprimento (C) 9 unidades de comprimento (D) 3 unidades de comprimento Gabarito 1 . D LISTÃO PROVA COLEGIADA Centro Universitário UNA Cálculo Integral 2 Parte 2: Estudo da reta 1. As equações paramétricas e Representam duas retas concorrentes que descrevem o movimento retilíneo de duas partículas que colidem. Apesar de serem vetores diferentes, suas magnitudes são iguais, portanto as partículas se deslocam com a mesma velocidade em suas respectivas retas, a partir de pontos iniciais que estão à mesma distância do ponto de cruzamento das trajetórias, possibilitando assim a colisão. As equações vetoriais resultantes das retas paramétricas são respectivamente; Descrição das alternativas (A) r: (x, y, z) = (0,0,3) + t (0,-1, 2) e s: (x, y, z,) = (0,1,3) + u (3,2,1). (B) r: (x, y, z) = (0,0,2) + t (0,1, 3) e s: (x, y, z,) = (0,2,1) + u (3,1,3). (C) r: (x, y, z) = (0,0,0) + t (0,-1, 2) e s: (x, y, z,) = (0,1,1) + u (3,2,1). (D) r: (x, y, z) = (0,0,3) + t (0, 1, 2) e s: (x, y, z,) = (0,1,3) + u (3,3,1). Gabarito 1 . A LISTÃO PROVA COLEGIADA Centro Universitário UNA Cálculo Integral 3 Parte 3: Função de várias variáveis 1. Uma loja vende um certo produto P de duas marcas distintas, A e B. A demanda do produto com marca A depende do seu preço e do preço da marca competitiva B. A demanda do produto com marca A é DA = 1 300 – 50 x + 20 y unidades/mês, e do produto com marca B é DB = 1 700 + 12x – 20 y unidades/mês, onde x é o preço do produto A e y é o preço do produto B. A função que expressa a receita total mensal da loja, obtida com a venda do produto P será (A) 𝑅(𝑥,𝑦) = 12𝑥2 + 20𝑦2 – 70𝑥𝑦 + 1 700𝑥 + 1 300𝑦 (B) 𝑅(𝑥, 𝑦) = − 50𝑥2 + 20𝑦2 + 8 𝑥𝑦 + 1 300𝑥 – 1 700𝑦 (C) 𝑅(𝑥,𝑦) = − 38𝑥 + 3 000 (D) 𝑅(𝑥,𝑦) = − 50𝑥2 – 20𝑦2 + 32 𝑥𝑦 + 1 300𝑥 + 1 700𝑦 Gabarito 1 . D LISTÃO PROVA COLEGIADA Centro Universitário UNA Cálculo Integral 4 Parte 4: Derivadas parciais 1 - Consideremos um sólido metálico no qual a temperatura (em graus Celsius) em um de seus pontos (𝑥,𝑦, 𝑧) é dada por 2221),,( zyx xyzzyxT +++= . A taxa de variação da temperatura com relação a coordenada 𝑥 é dada por: (A) 2222 222 )1( )1( zyx xzyyz +++ −++ (B) 2222 222 )1( )31( zyx xzyyz +++ +++ (C) x yz 2 (D) 22221 zyx yz +++ 2 - De acordo com a lei dos gases ideais, a pressão a temperatura e o volume de um gás estão relacionados por V KTP = , sendo K uma constante de proporcionalidade. Suponha que V é medido em polegadas cúbicas pol3, T é medido em Kelvins (K), e que para um certo gás a constante de proporcionalidade é k = 10 pol.lb/K. Determinar, em Kpol lb .2 a taxa de variação instantânea da pressão em relação à temperatura se a temperatura for 80 K e o volume permanecer fixo em 50 pol3. (A) 8 25 (B ) 1 50 (C) 1 250 (D) 1 5 Gabarito 1 . A 2. D LISTÃO PROVA COLEGIADA Centro Universitário UNA Cálculo Integral 5 Parte 5: Regra da Cadeia 1 - A tensão V em um circuito elétrico simples está decrescendo devagar à medida que a bateria se descarrega. A resistência R está aumentando devagar com o aumento do calor do resistor. Use a Lei de Ohm, V = IR, para encontrar como a corrente I está variando no momento em que 𝑅 = 400Ω, I=0,08A, 𝑑𝑉 𝑑𝑡 = −0,01𝑉/𝑠 e 𝑑𝑅 𝑑𝑡 = 0,03𝛺/𝑠. (A) – 1 A/s (B) 10 A/s (C) -0,000031 A/s (D) – 0,1 A/s 2 - Uma mancha de óleo tem formato retangular. A que taxa está variando a área da mancha de óleo se seu comprimento é de 8 metros e está crescendo a uma taxa de 3 m/s, enquanto que sua largura é de 6 metros está crescendo a uma taxa de 2 m/s. (A) 36 (B) 6 (C) 48 (D) 34 3. O raio de um cone circular reto aumenta a uma taxa de 1,8 cm/s ao passo que sua altura está decrescendo à uma taxa de 2,5 cm/s. A que taxa o volume do cone está mudando quando o raio vale 120 cm e a altura 140 cm? (A) 20160𝜋 𝑐𝑚3/𝑠 (B) 8160𝜋 𝑐𝑚3/𝑠 (C) 12000𝜋 𝑐𝑚3/𝑠 (D) 40807 𝜋 𝑐𝑚3/𝑠 LISTÃO PROVA COLEGIADA Centro Universitário UNA Cálculo Integral 6 4. A tensão 𝑉 em um circuito elétrico simples está decrescendo devagar à medida que a bateria se descarrega. A resistência 𝑅 está aumentando devagar com o aumento de calor do resistor. Use a Lei de Ohm, 𝑉 = 𝑅𝐼, para achar como a corrente 𝐼 está variando no momento em que 𝑅 = 400Ω, 𝐼 = 0,08𝐴, 𝑑𝑉 𝑑𝑡 = −0,01𝑉/𝑠 e 𝑑𝑅 𝑑𝑡 = 0,03Ω 𝑠 . (A) −0,000031 𝐴/𝑠 (B) 0,000031 𝐴/𝑠 (C) −0,000015 𝐴/𝑠 (D) 0,000015 𝐴/𝑠 5. A pressão de um mol de um gás ideal é aumentada à taxa de 0,05 𝑘𝑃𝑎/𝑠, e a temperatura é elevada à taxa de 0,15 𝐾/𝑠. Utilize a equação 𝑃𝑉 = 8,31𝑇 para achar aproximadamente a taxa de variação do volume quando a pressão é 20kPa e a temperatura é de 320K. (A) −0,15 L/s (B) −0,03 L/s (C) −0,48 L/s (D) −0,27 L/s LISTÃO PROVA COLEGIADA Centro Universitário UNA Cálculo Integral 7 6 - A temperatura em um ponto (𝑥,𝑦) é 𝑇(𝑥,𝑦), medida em graus Celsius. Um inseto rasteja de modo que sua posição depois de 𝑡 segundos seja dada por 𝑥 = √1 + 𝑡 ,𝑦 = 2 + 1 3 𝑡, onde 𝑥 e 𝑦 são medidos em centímetros. A função temperatura satisfaz 𝑇𝑥(2,3) = 4 e 𝑇𝑦(2,3) = 3. Quão rápido a temperatura aumenta no caminho do inseto depois de três segundos? (A) 2 ºC/s (B) 4 ºC/s (C) 8 ºC/s (D) 17 ºC/s Gabarito 1) C 2) D 3) B 4) A 5) D 6) A Parte 6: Derivada direcional 1. A temperatura 𝑇, em graus, em qualquer ponto (𝑥,𝑦) de uma placa plana é: 𝑇(𝑥,𝑦) = 54 − 23 𝑥2 − 4𝑦2. Se a distância for medida em centímetros, a taxa de variação da temperatura em relação à distância movida ao longo da placa nas direções dos eixos positivos 𝑥 e 𝑦, respectivamente, no ponto (3,1) é: (A) −4° cm; −8° cm (B) 4° cm; 8° cm (C) −4 3 ° cm; −24° cm (D) 4 3 ° cm; 24° cm Gabarito 1) A LISTÃO PROVA COLEGIADA Centro Universitário UNA Cálculo Integral 8 Parte 7: Valores máximos e mínimos 1. Uma caixa retangular com tampa tem sua superfície total de 64𝑐𝑚2. Uma empresa usará esta caixa para o estoque de um de seus produtos e para isso pretende encontrar as dimensões desta caixa, em centímetros, quando seu volume atinfir seu valor máximo. Podemos afirmar que tais dimensões correspondem a: a) 8 √6 , 8 √6 𝑒 8 √6 b) 4, 4 𝑒 4 c) √6,√6 𝑒 √6 d) 8, 8 𝑒 8 2 - Uma caixa de papelão sem tampa deve ter um volume de 32000 cm3. Para minimizar a quantidade de papelão utilizado, devemos ter comprimento, largura e altura da caixa, respectivamente, iguais a: (A) 40cm, 40cm, 20cm (B) 40cm, 40cm, 40cm (C) 203 4 cm, 203 4 cm, 203 4 cm (D) 20cm, 40cm, 40cm Gabarito 1) A 2) A LISTÃOPROVA COLEGIADA Centro Universitário UNA Cálculo Integral 9 Parte 8 – A integral definida e indefinida e aplicações 01. A função que descreve a velocidade de uma partícula é dada em metros por segundo por 𝑣(𝑡) = 3𝑡 − 5. Considerando o movimento desta partícula no intervalo de [0, 3] segundos é possível determinar seu deslocamento neste intervalo. Sendo assim podemos afirmar que este deslocamento (em metros) é: (A) 3 2 (B) − 3 2 (C) 3 (D) 4 02. Considerando a mesma função velocidade dada no exercício anterior, é possível determinar também a distância percorrida pela partícula. Lembrando que a distância percorrida não considera apenas as posições final e inicial da partícula, a distância, em metros, que a partícula percorreu foi de: (A) 3 2 (B) 50 3 (C) 25 3 (D) 41 6 03. A função aceleração (𝑒𝑚 𝑚/𝑠2) e a velocidade inicial de uma partícula movendo-se ao longo de uma reta são descritas respectivamente por: 𝑎(𝑡) = 𝑡 + 4 e 𝑣(0) = 5 num intervalo de 0 a 10 segundos. Podemos afirmar que a função que descreve a velocidade da partícula (𝑒𝑚 𝑚/𝑠) no instante 𝑡 é: (A) 𝑣(𝑡) = 1 (B) 𝑣(𝑡) = 𝑡2 2 + 4𝑡 (C) 𝑣(𝑡) = 𝑡2 2 + 4𝑡 + 5 (D) 𝑣(𝑡) = 𝑡2 2 LISTÃO PROVA COLEGIADA Centro Universitário UNA Cálculo Integral 10 04. Considerando os dados da questão anterior podemos afirmar que a distância percorrida durante o intervalo dado é de: (A) 𝑑 = 1250 3 (B) 𝑑 = 16 (C) 𝑑 = 21 (D) 𝑑 = 1100 3 05. Durante um intervalo de 0 a 3 segundos, uma partícula move-se em linha reta e sua aceleração (𝑒𝑚 𝑚/𝑠2) instante 𝑡 é dada pela função 𝑎(𝑡) = 2𝑡 + 3. Sabendo que a velocidade inicial da partícula é 𝑣(0) = −4, a função que descreve sua velocidade (𝑒𝑚 𝑚/𝑠) no instante 𝑡 é descrita por: (A) 𝑣(𝑡) = 𝑡2 + 3𝑡 + 4 (B) 𝑣(𝑡) = 𝑡2 + 3𝑡 − 4 (C) 𝑣(𝑡) = 2 (D) 𝑣(𝑡) = −8 06. A distância percorrida no intervalo de 0 a 3 segundos da partícula do exercício anterior em metros é de: (A) 𝑑 = 33 2 (B) 𝑑 = 9 (C) 𝑑 = 5 (D) 𝑑 = 89 6 LISTÃO PROVA COLEGIADA Centro Universitário UNA Cálculo Integral 11 07 - Uma partícula move-se ao longo de uma reta com uma função velocidade 𝑣(𝑡) = 𝑡2 − 𝑡, onde v é medida em metros por segundo. A distância percorrida pela partícula durante o intervalo [0,5] corresponde, aproximadamente, a: (A) 29,2 m (B) 54,2 m (C) 100 m (D) 150 m 08 - Uma mina produz mensalmente 500 toneladas de um certo minério. Estima-se que o processo extrativo dure 30 anos (360 meses) a partir de hoje e que o preço por tonelada do minério daqui a t meses seja 𝑓(𝑡) = −0,01𝑡² +10𝑡 + 300 unidades monetárias. Qual a receita (em reais) que será gerada pela mina ao longo dos 360 meses? (A) 1000000 (B) 300240000 (C) 500000 (D) 20000000 09 - Na figura abaixo, a curva q = f (p) é a função de demanda de um produto. Para um nível de preço p0, o consumo é q0. Aumentando-se o preço, a quantidade procurada diminui, isto é, apenas parte dos compradores está disposta a pagar o novo preço. A área sombreada na figura representa o excedente do consumidor, ou seja, o total procurado pelos compradores quando o preço se desloca a partir de p0. LISTÃO PROVA COLEGIADA Centro Universitário UNA Cálculo Integral 12 O excedente do consumidor para um produto cuja demanda é dada pela função 𝑞 = 16 – 𝑝² para p variando no intervalo de [1, 4] é (A) 14. (B) 18 (C) 27 (D) 64. 10. A densidade linear de um objeto é dada pela razão entre sua massa e seu comprimento linear. Para um barra de 4𝑚 de comprimento, a densidade linear, 𝜌(𝑥), é dada pela expressão: 𝜌(𝑥) = 9 + 2√𝑥 medida em quilogramas por metro, onde 𝑥 é a medida em metros a partir de um extremo da barra.Sendo assim, a massa total desta barra é: (A) 36 (B) 116 3 (C) 140 3 (D) 9 2 11. A água flui do fundo de um tanque de armazenamento a uma taxa de 𝑟(𝑡) = 200 − 4𝑡 litros por minutos, onde 0 ≤ 𝑡 ≤ 50. Encontre a quantidade de água que flui do tanque durante os primeiros dez minutos. (A) 0 (B) 1800 (C) 200 (D) 400 LISTÃO PROVA COLEGIADA Centro Universitário UNA Cálculo Integral 13 12 - Temos que o coeficiente angular 𝑚(𝑥) de uma curva y = f(x) é obtido através de sua derivada, isto é, 𝑚(𝑥) = 𝑓′(𝑥). Se uma determinada curva tem como coeficiente angular 𝑚(𝑥) = 6√𝑥 e passa pelo ponto P(4,2), podemos dizer que esta curva tem por lei a função: 304)()( 3 −= xxfA x xfB 3)()( = 34)()( xxfC = 2 213)()( += x xfD 13 - A aceleração de uma partícula obedece à equação 𝑎(𝑡) = 12𝑡2 − 36𝑡 + 24 determine a equação velocidade da partícula, sabendo que 𝑣(0) = −36: (𝐴) 𝑣(𝑡) = 𝑡4 – 6𝑡3 + 12𝑡2 − 36 (𝐵) 𝑣(𝑡) = 4𝑡3 − 18𝑡2 + 24𝑡 − 36 (𝐶) 𝑣(𝑡) = 12𝑡3 − 36𝑡2 + 24𝑡 − 36 (𝐷) 𝑣(𝑡) = 24𝑡 − 36 14 – Uma partícula move-se ao longo de um eixo s e sua velocidade é dada pela função 𝑣(𝑡) = 𝑡³ − 2𝑡² + 1, sendo t dado em segundos e a velocidade em metros por segundo. Se a posição do corpo no instante 0 seg é 1 m, a função posição dessa partícula será: (A) ttts 43)( 2 −= (B) 1 3 2 4 )( 34 ++−= tttts (C) 1 3 2 4 )( 34 +−= ttts (D) 12 7 3 2 4 )( 34 −+−= tttts LISTÃO PROVA COLEGIADA Centro Universitário UNA Cálculo Integral 14 15 - Um reservatório de água apresenta um pequeno vazamento na sua parte inferior. Água flui do fundo do reservatório a uma taxa de ttr 4200)( −= litros por minuto onde 500 ≤≤ t minutos. Mantida esta taxa, qual o volume de água, em litros, que flui do reservatório nos primeiros 10 minutos? (A) 1800 (B) 1600 (C) 180 (D) 160 Gabarito 01) B 02) D 03) C 04) A 05) B 06) D 07) A 08) B 09) C 10) C 11) B 12) A 13) B 14) B 15) A LISTÃO PROVA COLEGIADA Centro Universitário UNA Cálculo Integral 15 Parte 9 – Áreas entre curvas 1. A área de uma região está à direita do eixo 𝑦 e à esquerda da parábola 𝑥 = 2𝑦 − 𝑦2 (a região sombreada na figura). Imagine que esta região representa a área na qual será construída uma determinada loja. Podemos afirmar que tal área é de: (A) 4 3 𝑢.𝑎 (B) 3 2 𝑢.𝑎 (C) 5 𝑢.𝑎 (D) 7 𝑢.𝑎 LISTÃO PROVA COLEGIADA Centro Universitário UNA Cálculo Integral 16 2 - A curva que descreve a parte frontal de um túnel é dada por: 𝑦 = − 𝑥2 + 6𝑥 – 5. A figura mostra este túnel no sistema cartesiano considerando o chão sobre o eixo 𝑜𝑥. Podemos afirmar que a área desta parte frontal do túnel é: (A) 8 𝑢.𝑎 (B) 6 𝑢.𝑎 (C) 20 3 𝑢.𝑎 (D) 32 3 𝑢.𝑎 3 - Na construção de um espaço de lazer, ou seja um parquinho para crianças num condomínio, um engenheiro se depara com a necessidade de calcular a área existente entre duas curvas. A primeira curva é dada por: 𝑦 = 1 – 𝑥2 e a segunda é dada por 𝑦 = −3. Ao apresentar os cálculos da área a ser construída, o engenheiro errou os cálculos e apontou como resposta 12m2 . Quantos metros ele calculou a mais. (A) ele aumentou a área a ser construída em aproximadamente 1, 67m2 (B) ele aumentoua área a ser construída em aproximadamente 1,33m2 (C) ele aumentou a área a ser construída em aproximadamente 4 m2 (D) ele aumentou a área a ser construída em aproximadamente 1 m2 LISTÃO PROVA COLEGIADA Centro Universitário UNA Cálculo Integral 17 4 - (ENADE-2011) Considere a função f: R→R definida por 𝑓(𝑥) = 𝑥4– 5𝑥2 + 4, para cada x ∈ R. A área da região limitada pelo gráfico da função 𝑦 = 𝑓(𝑥), o eixo 𝑂𝑥 e as retas 𝑥 = 0 e 𝑥 = 2 é igual a: (A) 15 38 unidades de área (B) 15 16 unidades de área (C) 15 44 unidades de área (D) 15 60 unidades de área 5 - A igreja de São Francisco de Assis, cartão postal de Belo Horizonte, localiza-se no conjunto arquitetônico da Lagoa da Pampulha. Marco do Modernismo, ela foi projetada por Oscar Niemeyer e construída durante o governo de Juscelino Kubistchek a frente da Prefeitura Municipal. Foi também alvo de polêmica, visto que Dom Cabral recusou-se a consagrá-la ao uso eclesiástico, considerando-a apenas um galpão. Com painéis de azulejos de Portinari e jardins de Burle Marx, tem a sua vista frontal construída como um arco de parábola. LISTÃO PROVA COLEGIADA Centro Universitário UNA Cálculo Integral 18 Considere, por suposição, que o arco de parábola que modela tal construção tenha equação 𝑦 = −2 7 𝑥2 + 4𝑥, no intervalo real em que as ordenadas são positivas, com 𝑥 e 𝑦 medidos em metros. O cálculo da área da fachada da igreja, segundo esta função resulta em: (A) 2 3 392 m (B) 392𝑚2 (C) 2 3 1568 m (D) 2 3 1120 m 6 - (Cesgranrio 2012, Engenheiro de Petróleo) A figura a seguir mostra uma parte dos gráficos das funções reais de variáveis reais dadas por f(x) = x3 e g(x) = x2. A parte pintada representa a região do plano R2 em que , com . Se o quadrado formado pelos pontos (0,0) ; (0,1); (1,1) e (1,0) tem área igual a 1 u.a, quantas unidades de área tem a região pintada ? (A) 12 1 (B) 6 1 (C) 5 1 (D) 4 1 LISTÃO PROVA COLEGIADA Centro Universitário UNA Cálculo Integral 19 7 - Uma área de lazer localizada em um condomínio está limitada pelas curvas 𝑦 + 𝑥2 – 6 = 0 e 𝑦 + 2𝑥 − 3 = 0, como mostra a figura abaixo. O valor da área da região sombreada na figura corresponde a (A) 3 22 (B) 3 32 (C) 3 58 (D) 3 104 8 - Um fornecedor de peças para a indústria automobilística projetou uma peça para determinado modelo de veículo conforme a figura abaixo – constitui-se de uma região delimitada pelos eixos x e y e pelo gráfico da função 𝑦 = 𝑓(𝑥) = 9 − 𝑥2. A área da peça é: (A) 9 unidades de área. (B) 18 unidades de área. (C) 24 unidades de área. (D) 27 unidades de área. Gabarito 1) A 2) D 3) B 4) D 5) A 6) A 7) B 8) B LISTÃO PROVA COLEGIADA Centro Universitário UNA Cálculo Integral 20 Parte 10 – Volumes 1. Uma peça mecânica será construída e seu formato é obtido através da revolução da curva 𝑦 = 𝑥3 em torno do eixo 𝑂𝑥, no intervalo 0 ≤ 𝑥 ≤ 2. Considerando 𝑥 e 𝑦 expressos em centímetros, o volume desta peça em 𝑐𝑚3 é: (A) 8 (B) 24 (C) 128𝜋 7 (D) 4𝜋 2. Uma peça será produzida através da rotação da regiao limitada pelas curvas 𝑦2 = 𝑥, 𝑥 = 2𝑦 em torno do eixo y. Para calcular o preço da fabricação desta peça é necessário saber a quantidade de matéria prima que sera utilizada. Sendo assim podemos afirmar que o volume da peça, em unidades de volume é: (A) 64 15 𝜋 (B) 25 2 𝜋 (C) 7 2 𝜋 (D) 5 2 𝜋 3 - Uma tigela tem um formato que pode ser obtido pela revolução, em torno do eixo 𝑦, do gráfico de 𝑦 = 𝑥2 2 entre 𝑦 = 0 e 𝑦 = 5. Podemos afirmar que o volume desta tigela é: (A) 5 unidades cúbicas (B) π 6 125 unidades cúbicas (C) 3 310 unidades cúbicas (D) 25𝜋 unidades cúbicas LISTÃO PROVA COLEGIADA Centro Universitário UNA Cálculo Integral 21 4 - Ao construir um parquinho a empresa responsável pela execução do projeto tem que se preocupar com a fixação de alguns brinquedos. Entre eles, um brinquedo que imita um sólido de revolução gerado pela região limitada pela parábola cúbica 𝑦 = 𝑥3, pelo eixo vertical e pela reta 𝑦 = 8 que gira em torno do eixo vertical. O engenheiro com o intuito de saber quantos metros de areia deve ser colocado no parquinho necessita saber o volume deste brinquedo quando rotacionado em torno do eixo vertical. (use π = 3,14) (A) Aproximadamente 50 m3 (B) Aproximadamente 64 m3 (C) Aproximadamente 512 m3 (D) Aproximadamente 60 m3 5 - Maria quer armazenar água para o período de seca. Preocupada com a situação, construiu diversos vasilhames. Um dos vasilhames foi obtido pela rotação da região abaixo em torno do eixo y e obteve: Determine o volume de água que Maria poderá estocar nesse vasilhame: (A) 2 𝜋 unidades de volume (B) π8 unidades de volume (C) π 3 16 unidades de volume (D) 2048 𝜋 unidades de volume LISTÃO PROVA COLEGIADA Centro Universitário UNA Cálculo Integral 22 6 - Em uma indústria foi produzida por um ferramenteiro uma peça metálica maciça que corresponde ao solido gerado pela revolução da região sob a função 𝑦 = 𝑓(𝑥) = 𝑥3, no intervalo [1,2] em torno do eixo x, sendo assim determine o volume desta peça. (𝐴) 127𝜋7 𝑢. 𝑣 (𝐵) 7𝜋 𝑢. 𝑣 (𝐶) 15𝜋4 𝑢. 𝑣 (𝐷) 128𝜋7 𝑢. 𝑣 7 - Sabendo-se que a construção de um funil é baseada na rotação da curva 2 4 1 xy = sob o eixo 0x e limitada pelas retas x = 1 e x = 4. Considerando a unidade de medida em centímetros, qual o volume de líquido necessário para preencher o funil caso este esteja fechado? Considere π =3,14. (A) 40,15 cm3 (B) 12,79 cm3 (C) 3,0 cm3 (D) 5,25 cm3 Gabarito 1) C 2) A 3) D 4) D 5) B 6) A 7) A LISTÃO PROVA COLEGIADA Centro Universitário UNA Cálculo Integral 23 Parte 11 – Valor médio de uma função 1. Um pesquisador estima que 𝑡 horas após a meia-noite, em um período típico de 24 horas, a temperatura em certa cidade é dada, em graus Celsius, pela função: 𝑇(𝑡) = 3 − 2 3 (𝑡 − 13)2, sendo 0 ≤ 𝑡 ≤ 24. A temperatura média na cidade entre 6h da manhã e 4h da tarde é: (A) a temperatura média no período é 5,22 . (B) a temperatura média no período é − 5,22 . (C) a temperatura média no período é − 24,4222. (D) a temperatura média no período é 24,4222. 2. Os registros mostram que 𝑡 meses após o início do ano, o preço, em reais, de um determinado produto vendido nos supermercados a granel foi representado por: 𝑃(𝑡) = 0,09𝑡2 − 0,2𝑡 + 1,6 o quilo. O preço médio deste produto durante os 3 primeiros meses do ano foi de: (A) 1,56 reais (B) 4,70 reais (C) 1,57 reais (D) 4,71 reais 3. Em certo experimento, o número de bactérias presentes em uma cultura após 𝑡 minutos foi 𝑄(𝑡) = 2000𝑒0,05𝑡. O número médio aproximado de bactérias presentes nesta cultura durante os primeiros 5 minutos do experimento é: (A) 10.272 (B) 2.272 (C) 2.275 (D) 10.273 LISTÃO PROVA COLEGIADA Centro Universitário UNA Cálculo Integral 24 4 - Suponha que a velocidade de uma partícula movendo-se ao longo de um eixo seja 𝑣(𝑡) = 3𝑡3 + 2, medida em metros por segundo. A velocidade média da partícula no intervalo de 1 segundo a 4 segundos é de: (A) sm / 4 789 (B) sm / 4 263 (C) sm /9 (D) sm/ 2 199 5 - Um engenheiro estuda o comportamento de um gás ideal, ao se expandir passando por pequenos orifícios, fenômeno denominado de efusão gasosa. Ao realizar um experimento, o engenheiro constata que o vazamento de gás a alta pressão, através de um orifício de um cilindro de alumínio, é modelado pela função 𝑣(𝑡) = 2𝑒−𝑡, em que 𝑣(𝑡) representa o vazamento instantâneo de gás em um determinado instante de tempo 𝑡. Calculando o vazamento médio entre os instantes 𝑡 = 0 e 𝑡 = 2, este engenheiro encontrou o valor: (A) 2 11 e − (B) 2 22 e − (C) 112 −e (D) 222 −e LISTÃO PROVA COLEGIADA Centro Universitário UNA Cálculo Integral 25 6 - Um tanque contém 25g de sal dissolvido em 100 litros de água. Uma solução de sal em água, com 1/4 g de sal por litro entra no tanque a uma vazão de 3 litros por minuto e a solução do tanque, bem misturada, sai com a mesma vazão. Considerando todos os dados relatados acima encontrou-se a expressão que dá a quantidade de sal Q(t) no tanque no instante t que é: 𝑄(𝑡) = 75 − 50𝑒− 𝑡100 Determine o valor médio da quantidade sal neste tanque, nos primeiros 10 minutos. Sabe-se que o valor médio de uma função em um intervalo [a,b] é dado por 𝑓𝑚𝑒𝑑 = 1𝑏 − 𝑎� 𝑓(𝑥)𝑑𝑥𝑏𝑎 (A) 75,5𝑔 (B) 27,4𝑔 (C) 3,0𝑔 (D) 122,6𝑔 Gabarito 1) B 2) C 3) B 4) B 5) A 6) B LISTÃO PROVA COLEGIADA Centro Universitário UNA Cálculo Integral 26 Parte 12 – Aplicações das integrais – Métodos: Por Partes, Integrais trigonométricas, Substituição trigonométrica. 1. A função custo marginal de uma empresa é representada por 𝐶 ′ onde C´(𝑥) = ln 𝑥, onde 𝑥 representa o número de peças produzidas sendo 𝑥 ≥ 1. Considerando 𝐶𝑇(1) = 5 , podemos afirmar que a função que representa o custo total 𝐶𝑇(𝑥) da produção de 𝑥 unidades é dada por: (A) CT(x) = xlnx − x + 6 (B) CT(x) = xlnx − x33 + 163 (C) CT(x) = xlnx + x + 4 (D) CT(x) = xlnx + x33 + 143 2. Uma partícula move-se ao longo de um eixo s e sua velocidade é dada pela função v(t) = t². ln (t), sendo t dado em segundos e a velocidade em metros por segundo. Se a posição do corpo no instante 1 seg é 0 m, a função posição dessa partícula será: (A) s(t) = t³ 3 ln(t) − t³ 9 + 1 9 (B) s(t) = t³ 3 ln(t) − t³ 9 − 1 9 (C) s(t) = t³ 3 ln(t) − t³ 3 + 1 9 (D) s(t) = t³ 3 ln(t) − t³ 9 3 - Se uma partícula se move ao longo de uma reta com velocidade igual a 𝑣(𝑡) = 𝑡 𝑒−𝑡 m/s após t segundos, então a distância percorrida durante os primeiros 5 segundos é: (A) 4e- 5 + 1 (B) - 6 e- 5 -1 (C) - 6 e- 5 + 1 (D) - e- 5 LISTÃO PROVA COLEGIADA Centro Universitário UNA Cálculo Integral 27 4. Um tanque de armazenamento de petróleo sofre uma ruptura em t=0 e o petróleo vaza do tanque a uma taxa de r(t) = sen²t quilolitros por minuto. Quanto petróleo vazou, aproximadamente, na primeira hora? (A) 29783 litros de petróleo (B) 273 litros de petróleo (C) 29854 litros de petróleo (D) 29,854 litros de petróleo 5. Uma partícula se move em linha reta com função velocidade xxsentv 23 cos)( = . Através do Cálculo de integral é possível obter a função posição s = f(t) desta partícula. No instante que f(0) = 0, a função que descreve a posição da partícula é (A) 5 cos 3 cos 53 xxs −= (B) 5 cos 3 cos 53 xxs +−= (C) 15 2 5 cos 3 cos 53 +−= xxs (D) 15 2 5 cos 3 cos 53 ++−= xxs Gabarito 1) A 2) A 3) C 4) C 5) D LISTÃO PROVA COLEGIADA Centro Universitário UNA Cálculo Integral 28 Questões subjetivas Distância entre dois pontos 1. Dois objetos podem ser localizados no espaço tridimensional através de dois pontos. O primeiro objeto, pelo ponto, P(2,1,5) e o segundo objeto, através do ponto Q(-2,3,0). A distância entre eles, é: Estudo da esfera 2. A esfera é um sólido limitado por uma superfície curva de revolução que tem todos os pontos igualmente distantes de um ponto interior chamado centro. A superfície esférica é resultado da revolução de uma semicircunferência em torno do diâmetro. Uma esfera de centro sobre 𝑂𝑧 e no plano 2𝑥 – 3𝑦 + 4𝑧 = 6, é tangente ao plano 𝑥𝑂𝑦. Como a esfera é tangente à 𝑥𝑂𝑦, temos que a cota do seu centro é o próprio valor do raio. Determine a equação esfera. Regra da Cadeia 3. A pressão de um mol de um gás ideal é aumentada à taxa de 0,05 𝑘𝑃𝑎/𝑠, e a temperatura é elevada à taxa de 0,15 𝐾/𝑠. Sabendo que para um mol de gás ideal a pressão 𝑃, o volume 𝑉 e a temperatura 𝑇, estão relacionadas através da fórmula 𝑃𝑉 = 8,31𝑇, encontre a taxa de variação do volume quando a pressão é de 20 𝑘𝑃𝑎 e a temperatura é de 320𝐾. Regra da Cadeia 4- A lei dos gases ideais é a equação de estado do gás ideal, um gás hipotético formado por partículas pontuais, sem atração nem repulsão entre elas e cujos choques são perfeitamente elásticos (conservação do momento e da energia cinética). Os gases reais que mais se aproximam ao comportamento do gás ideal são os gases monoatômicos em condições de baixa pressão e alta temperatura. Empiricamente, observam-se uma série de relações entre a temperatura, a pressão e o volume que dão lugar à lei dos gases ideais, deduzida pela primeira vez por Émile Clapeyron, em 1834. LISTÃO PROVA COLEGIADA Centro Universitário UNA Cálculo Integral 29 A lei de um gás ideal confinado é P V = k T, onde P é a pressão, V é o volume, T é a temperatura e k > 0 constante. O gás está sendo aquecido à razão de 2 graus/min e a pressão aumenta à razão de 0.5 kg/min. Se em certo instante, a temperatura é de 200 graus e a pressão é de 10 kg/cm2, ache a razão com que varia o volume para k = 8. Máximos e mínimos 5. Um engenheiro deseja encontrar três medidas (números positivos) de modo que o produto entre elas seja máximo. Sabe-se que a soma destas três medidas é 100 u.c. A medida de cada uma destas medidas é de? Aplicações de integral 6. A corrente elétrica de um fio condutor é definida como a derivada da quantidade de carga, ou seja, 𝐼(𝑡) = 𝑄´(𝑡). Supondo que, em certo circuito uma corrente varia com o tempo 𝑡 de acordo com a função 𝐼(𝑡) = 𝑡2 − 𝑡3 4 . Determine a quantidade de carga transportada neste circuito entre um intervalo de 1 e 5 segundos. Aplicações de integral 7. Uma partícula move-se ao longo de uma reta com uma função velocidade 𝑣(𝑡) = 𝑡2 − 𝑡 onde v é medida em metros por segundo. Determine: (a) o deslocamento da partícula durante o intervalo de tempo [0, 5]. (b) a distância percorrida pela partícula durante o intervalo de tempo [0, 5]. LISTÃO PROVA COLEGIADA Centro Universitário UNA Cálculo Integral 30 Aplicações de integral 8. Dois carros, A e B, largam lado a lado e aceleram a partir do repouso. A figura mostra os gráficos de suas velocidades. a) Qual carro estará na frente após 1 minuto? Explique. b) Qual o significado da área da região sombreada? c) Qual carro estará na frente após 2 segundos? d) Estime quando os carros estarão novamente lado a lado. Aplicações de integral 9. Uma partícula de massa 𝑚 que se move através de um fluido está submetida a uma resistência 𝑅 devido à viscosidade, a qual é função da velocidade 𝑣. A relação entre a resistência 𝑅, a velocidade 𝑣 e o tempo 𝑡 está dada pela equação a seguir. 𝑡 = � 𝑚 𝑅(𝑣)𝑑𝑣𝑣(𝑡)𝑣(𝑡0)Suponha-se que 𝑅(𝑣) = −𝑣√𝑣 para um determinado fluido, onde 𝑅 é dado em Newtons e 𝑣 em 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠/𝑠𝑒𝑔. Sendo 𝑚 = 10 𝑘𝑔 e 𝑣(0) = 10 𝑚/𝑠, estime o tempo requerido para que a partícula diminua sua velocidade para 5 𝑚/𝑠. LISTÃO PROVA COLEGIADA Centro Universitário UNA Cálculo Integral 31 Aplicações de integral 10. Uma partícula percorre uma trajetória reta, com aceleração de 2𝑐𝑚 /𝑠2. No instante 𝑡 = 0, a partícula passava pela marca 10 𝑐𝑚 da trajetória, com velocidade de 5𝑐𝑚 /𝑠. A. Determine a velocidade da partícula em função do tempo. B. Determine a posição da partícula em função do tempo. C. Determine o tempo necessário para que a partícula passe pela marca de 103,75 cm. Aplicações de integral 11. Estima-se que daqui a t meses a população de um pequeno bairro estará variando a uma taxa de t dt dP 62 += pessoas por mês. A população atual do bairro é de 5000 pessoas. Qual será a população deste bairro daqui a 9 meses? Aplicações de integral 12. Um fabricante estima que o custo marginal para produzir q unidades de um certo produto é dado por 400603 2 +−= qq dq dC reais por unidade. O custo para produzir as 2 primeiras unidades é de R$ 900,00. Determine o custo total para produzir as 12 primeiras unidades. LISTÃO PROVA COLEGIADA Centro Universitário UNA Cálculo Integral 32 Volume 13. Um reservatório deve ser dimensionado para uma capacidade de 10𝑚3 e deve ter a forma de um paraboloide de revolução, observe a figura abaixo. Desta maneira, qual deve ser o valor da constante C? Volume 14. Deseja-se conhecer o volume um tanque com 3 metros de profundidade e sua forma determinada pela revolução da função x = �2y em torno do eixo y. Use a integral para determinar o volume. Volume 15. Um reservatório de água, com 2m de altura, tem o formato mostrado na figura a seguir que foi obtida girando-se a curva 𝑥 = 8𝑦2 + 1 em torno do eixo y. Encontre o volume total de água suportado pelo reservatório. y y C x y = x2 x = y x LISTÃO PROVA COLEGIADA Centro Universitário UNA Cálculo Integral 33 Volume 16. Um reservatório tem a forma de um paraboloide de revolução obtido girando-se o gráfico de 𝑦 = 𝑥² em torno do eixo y. Determine o volume de água no instante em que seu nível está a 4 metros de altura em relação ao solo. Aplicações de integral – Método da substituição 17. A posição é dada pela integral da velocidade. Um móvel se desloca e tem sua velocidade dada por v(t) = 2t cos t2dt. Calcule sua função de posição, sabendo que no instante t = �π 2 sua posição era 2. Aplicações de integral – Método Frações parciais 18. Uma partícula move-se ao longo de uma reta de forma que sua velocidade em cm/s seja representada por v. Após decorridos um tempo em segundos representado por t, a velocidade é expressa por: v(t) = −t + 1(t + 2)(t + 1) A fórmula da distância percorrida pela partícula do instante t = 0 ao instante t = t1 é: LISTÃO PROVA COLEGIADA Centro Universitário UNA Cálculo Integral 34 Aplicações de integral – Método Frações parciais 19. Uma equação que descreve o crescimento de uma população é dada por: 𝑑𝑃 𝑑𝑡 = 0,08𝑃 �1 − 𝑃1000� 𝐸𝑞. 1 Na busca da solução desta equação, a mesma pode ser escrita como: 1000 𝑃(1000 − 𝑃) 𝑑𝑃 = 0,08 𝑑𝑡 𝐸𝑞. 2 O método de resolução desta equação envolve o cálculo da integral em ambos os lados. Desenvolva a integral apenas do termo do lado esquerdo da Eq. 2: Aplicações de integral – Método Frações parciais 20. Atualmente os sistemas algébricos computacionais tem um comando (com nomes tais como “Apart” ou “Parfrac”) que fornece decomposições em frações parciais. Por exemplo, o comando: Apart [(x^2 – 2)/((x+2) (x^2 + 4)^ 3)], fornece a seguinte decomposição em frações parciais: 𝑥2 − 2(x + 2)(x2 + 4)3 = 1256(2 + 𝑥) + 3 (x – 2)32(4 + x2)2 + 2 – x256(4 + 𝑥2) Contudo, um sistema algébrico computacional não consegue fornecer uma decomposição em frações parciais em que Q(x) não possa ser fatorado explicitamente. Por este motivo precisamos aprender a fazer contas muitas vezes trabalhosas para encontrar a decomposição de frações parciais. Utilizando estes conhecimentos calcule: � 𝑑𝑥x2 − 7x + 10 LISTÃO PROVA COLEGIADA Centro Universitário UNA Cálculo Integral 35 Respostas Questões subjetivas 1) 6 2) 𝑥2 + 𝑦2 + �𝑧 – 3 2 � 2 = 9 4 3) Aproximadamente −0,27L/s 4) min/ 5 32 3cm− 5) x = y = z = 100 3 6) 7 3 unidades de carga 7) Deslocamento = 175 6 ≅ 29,2 metros ; Distância = 59 2 = 29,5metros 8) a) O carro A pois a área sob a curva A é maior que a área sob a curva B. b) A área da região sombreada tem valor numérico SA – SB, que é a distância em que A está a frente de B depois de 1 minuto. c) Depois de dois minutos, o carro B está viajando mais rápido do que o carro A e sendo assim ganhou uma certa distância em comparação com o carro A, mas a área sob a curva de A a partir de t = 0 a t = 2 é ainda maior do que a área correspondente à curva de B, e então o carro A ainda está a frente de B. d) Em aproximadamente 2,2 minutos. 9) Em aproximadamente 2,6197 segundos. 10) a) ⇒ v(t) = 2t + 5 b) s(t) = t2 + 5t + 10 c) 7,5 segundos 11) 5.126 pessoas LISTÃO PROVA COLEGIADA Centro Universitário UNA Cálculo Integral 36 12) R$ 2420,00 13) C = √20 π 14) V = 9π 15) V = 574π 15 16) V = 8π m3 17) s(t) = sen t2 + 1 18) ln(t1+1)2(t1+2)3 + ln8 19) ou ainda ln � P 1000−P � 20) −1 3 ln | x – 2| + 1 3 ln | x – 5| + C
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