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12/02/2015 online.unip.br/imprimir/imprimirconteudo http://online.unip.br/imprimir/imprimirconteudo 1/3 Caro Aluno Seja bem vindo. Nesta nossa disciplina trataremos de assuntos como Limites, Derivadas e Integrais, com o objetivo principal de propiciar a você o conhecimento de ferramentas matemáticas essenciais ligadas ao Cálculo e suas aplicações para analisar, interpretar e aplicar essas ferramentas na resolução de problemas econômicos, e é nossa expectativa que você aprenda bastante. Considerandose que será você quem administrará seu próprio tempo, nossa sugestão é que você dedique ao menos 2 horas por semana para esta disciplina, estudando os textos sugeridos e realizando os exercícios de autoavaliação. Uma boa forma de fazer isso é já ir planejando o que estudar, semana a semana. Para facilitar seu trabalho, apresentamos na tabela abaixo, os assuntos que deverão ser estudados e, para cada assunto, a leitura fundamental exigida e a leitura complementar sugerida. No mínimo você deverá buscar entender bastante bem o conteúdo da leitura fundamental, só que essa compreensão será maior, se você acompanhar, também, a leitura complementar. Você mesmo perceberá isso, ao longo dos estudos. a – Conteúdos (assuntos) e leituras sugeridas Assuntos/módulos Leituras Sugeridas Fundamental Complementar 1 – Limites Capítulo 3 do Livro texto. Capítulo 2 do livro do Weber, item 2.2 2 – Derivadas Capítulo 4 do Livro texto. Capítulo 2 do livro do Weber, itens 2.4, 2.6 e 2.8 3 – Aplicações das derivadas em Matemática Capítulo 5 do Livro texto. Capítulo 4 do livro do Medeiros (vol. 1), itens 1 a 5 4 – Aplicações das derivadas em Economia Capítulo 2 do livro do Weber, item 2.5 Capítulo 4 do livro do Medeiros (vol. 1), itens 7 e 8 5 – Derivadas parciais Capítulo 9 do Livro texto, itens 9.1 e 9.2 Capítulo 3 do livro do Weber, item 3.2 6 – Aplicações das derivadas parciais em Economia. Capítulo 2 do livro do Weber, item 3.3 Capítulo 4 do livro do Medeiros (vol. 2), item 3.1.13 7 – Integral Capítulo 6 do Livro texto, itens 6.1 a 6.4 Capítulo 4 do livro do Weber, itens 4.2 e 4.4 8 – Aplicações das integrais em Economia Capítulo 4 do livro do Weber, itens 4.3 e 4.5 Capítulo 4 do livro do Medeiros (vol. 1), item 8 12/02/2015 online.unip.br/imprimir/imprimirconteudo http://online.unip.br/imprimir/imprimirconteudo 2/3 Nota: ver as referências bibliográficas, para maior detalhamento das fontes de consulta indicadas b – Avaliações Como é de seu conhecimento, você estará obrigado a realizar uma série de avaliações, cabendo a você tomar conhecimento do calendário dessas avaliações e de proceder ao agendamento das datas das suas provas, dentro dos períodos especificados. Por outro lado, é importante destacar que uma das formas de você se preparar para as avaliações é realizando os exercícios de autoavaliação, disponibilizados para você neste sistema de disciplinas on line. O que tem que ficar claro, entretanto, é que os exercícios que são requeridos em cada avaliação não são repetições dos exercícios da autoavaliação. Para sua orientação, informamos na tabela a seguir, os assuntos que serão requeridos em cada uma das avaliações às quais você estará sujeito: Conteúdos a serem exigidos nas avaliações Avaliações Assuntos Exercícios de autoavaliação relacionados NP1 Do módulo 1 até o módulo 4 Todos os exercícios do módulo 1 até o módulo 4 NP2 Do módulo 5 até o módulo 8 Todos os exercícios do módulo 5 até o módulo 8 Substitutiva Toda a matéria Todos os exercícios Exame Toda a matéria Todos os exercícios C – Referências bibliográficas · Livro texto BUSSAB, W. O.; MORETTIN, P. A.; HAZZAN, S. Introdução ao Cálculo – para administração, economia e contabilidade. 1ª ed. São Paulo: Saraiva, 2009. · Outras referências CHIANG, C. A., WAINWRIGHT, K. Matemática para Economistas, 4ª ed. Rio de Janeiro: Elsevier, 2006. SILVA, S. M. et al. Matemática: para cursos de Economia, Administração e Ciências Contábeis. Vol. 1. 6ª ed. São Paulo: Atlas, 2010. SILVA, S. M. et al. Matemática: para cursos de Economia, Administração e Ciências Contábeis. Vol. 2. 4ª ed. São Paulo: Atlas, 1997. WEBER, J. E. Matemática para Economia e Administração. 2ª ed. São Paulo: Harbra, 1986. 12/02/2015 online.unip.br/imprimir/imprimirconteudo http://online.unip.br/imprimir/imprimirconteudo 3/3 UNIP – Métodos Quantitativos em Economia Módulo 1 – Limites pág. 1 Módulo 1 – Limites 1. Introdução Nesta disciplina você vai estudar o cálculo diferencial e integral e suas aplicações em diversos problemas relacionados à Economia. O conceito de limite é conceito mais básico do cálculo e, portanto, é o seu ponto de partida. Uma boa compreensão desse conceito vai ajudar você a entender os demais assuntos com os quais trabalharemos nesta disciplina. A ideia de limite de uma função é de grande importância quando queremos estudar o comportamento da função nas vizinhanças de um ponto fora do seu domínio. Vejamos então a definição matemática de limite de uma função: Vejamos agora um exemplo: Considere a função f(x) = 2x + 5. Vamos estudar o comportamento dessa função quando x se aproxima de 1. Primeiro, considerando valores menores que 1 (à esquerda de 1): x 0 0,5 0,8 0,9 0,99 0,999 f(x) 5 6 6,6 6,8 6,98 6,998 Agora, considerando valores maiores que 1 (à direita de 1): x 2 1,5 1,2 1,1 1,01 1,001 f(x) 9 8 7,4 7,2 7,02 7,002 Como podemos ver, à medida que x se aproxima de 1 tanto à direita (valores maiores que 1) quanto à esquerda (valores menores que 1), f(x) se aproxima de 7. Logo, podemos escrever: 2. Definição formal de limite Limite de uma função é: Seja I um intervalo aberto ao qual pertence o número real a. Seja f uma função definida para x pertencente a I – { a }. Dizemos que o limite de f(x), quando x tende a a é L e escrevemos Se para todo ε > 0 existir um δ > 0 tal que 0 < |x – a | < δ então |f(x) – L| < ε. Dada uma função f(x) e um ponto a do seu domínio, dizemos que o limite da função é L se e somente se, quando x tende a a, isto é, se aproxima de a, os valores de f(x) se aproximam de L. Simbolicamente, escrevemos: 1 1 UNIP – Métodos Quantitativos em Economia Módulo 1 – Limites pág. 2 Em símbolos temos: Observe que nessa definição nada é mencionado sobre o valor da função quando x = a. Isso quer dizer que não é necessário que a função esteja definida em a. É também importante observar que no cálculo do limite de f(x) quando x tende a a o que nos interessa é o comportamento de f(x) nas cercanias do a (quando x se aproxima de a) e não o que ocorre com f(x) quando x=a. Veja esse outro exemplo: Veja que a função acima não está definida para x = 2, pois se substituirmos x por 2 encontraremos 0 no denominador, o que invalida a expressão. Entretanto, como x tende a 2 e não é 2, podemos fazer uma simplificação dessa expressão, obtendo outra expressão equivalente: Agora fica mais fácil verificar que esse limite é igual a 5. 3. Um limite importante: o limite exponencial fundamental Considere a função: Essa função é muito comum para designar curvas de crescimento. Uma aplicação típica dela é no cálculo do montante na Matemática Financeira. Vamos estudar o que acontececom essa função quando x cresce, ou seja, quando x assume valores cada vez maiores, tendendo ao infinito. A primeira constatação é que a fração tende a 0. Entretanto, embora tenda a 0, seu valor não é exatamente 0, o que faz com que a soma não seja igual a 1, mas sim um pouco maior que 1. Como x aparece também no expoente, à medida que x aumenta de valor, o expoente fica cada vez maior, tendendo ao infinito. Essa função foi estudada pela primeira vez pelo matemático suíço Leonhard Euler (1707 – 1783), que demonstrou que o limite dessa função quando x tende ao infinito é converge para um número irracional. Esse número ficou depois conhecido como número de Euler (e). UNIP – Métodos Quantitativos em Economia Módulo 1 – Limites pág. 3 Veja na tabela abaixo alguns valores de f(x) para x cada vez maior: X f(x) 1 2 5 2,48832 10 2,593742 50 2,691588 100 2,704814 1.000 2,716925 10.000 2,718149 100.000 2,718268 1.000.000 2,718280 Observe que embora x vá aumentando sempre cada vez mais, o valor de f(x) aumenta cada vez menos, convergindo para um valor que, com 9 casas decimais, é 2,718281828. Assim, podemos escrever: Esse número e é muito usado como base de logaritmos. Tão usado que o logaritmo de base e recebe um nome e um símbolo específicos: logaritmo neperiano, símbolo LN. As funções financeiras costumam usar esse tipo de logaritmo, tanto que a calculadora financeira HP 12C não tem uma tecla para o logaritmo decimal, mas sim uma tecla para o logaritmo neperiano. 4. Formulário: Limites Para facilitar o cálculo dos limites, vamos resumir as definições, propriedades e teoremas numa tabela prática, que poderá auxiliar você em seus estudos: 4.1. Produtos notáveis Quadrado da soma Quadrado da diferença Produto da soma pela diferença Cubo da soma Cubo da diferença 4.2. Fatorações Fator comum Diferença de quadrados Trinômio do 2° grau Soma de cubos Diferença de cubos Conjugado de é UNIP – Métodos Quantitativos em Economia Módulo 1 – Limites pág. 4 Propriedades de limites Seja L um intervalo aberto que contém a e seja f uma função definida em L. Temos que: Seja f e g funções tais que: 4.3. Limites no infinito 4.4. Função exponencial I. II. III. IV. V. VI. , desde que quando n for par. VII. UNIP – Métodos Quantitativos em Economia Módulo 1 – Limites pág. 5 4.5. Função logarítmica 5. Exercícios resolvidos Exercício 1 Considerando a função , que está definida para todo , isto é, não podemos calcular a imagem quando x assume o valor 2 (2 não está no domínio de f). Como a variável x não pode assumir o valor 2 então vamos estudar o comportamento de f quando x assume valores muito próximos de 2 (vizinhança) mas diferente de 2, através das tabelas de aproximações: 1°) Aproximando do x=2 pela direita (maiores que 2) x 3 5 2,5 4,5 2,2 4,2 2,1 4,1 2,01 4,01 2,001 4,001 2,0001 4,0001 2,00001 4,00001 2,000001 4,000001 2°) Aproximando do x=2 pela esquerda (menores que 2): x 1 3 1,5 3,5 1,9 3,9 1,99 3,99 1,999 3,999 1,9999 3,9999 1,99999 3,99999 1,999999 3,999999 1,9999999 3,9999999 Observe que podemos aproximar f(x) de 2 o quando quisermos, basta tornarmos x suficientemente próximo de 2. Formalizando: O limite da função quando x se aproxima de 2 é igual a 4. Simbolicamente: ou 2 2 Limite lateral Quando x tende a 2 por valores maiores do que 2, dizemos que x tende a 2 pela direita e denotamos por Limite lateral Quando x tende a 2 por valores menores do que 2, dizemos que x tende a 2 pela esquerda e denotamos por UNIP – Métodos Quantitativos em Economia Módulo 1 – Limites pág. 6 Uma outra maneira de calcular o é encontrar uma função simplificada da função na qual x=2 faça parte do domínio, então calcular o limite dessa função simplificada para x tendendo a 2, como no exemplo a seguir: Então é uma função simplificada da função Calcular o limite da função simplificada equivale calcular o limite da função completa: Portanto o limite de f(x) é Exercício 2 Calcule o seguinte limite: Solução: Primeiro, fatoramos o numerador: (x² – 16) = (x + 4).(x – 4) Em seguida, simplificamos o fator (x – 4) do numerador com o denominador (x – 4). A expressão fica equivalente ao limite de (x + 4) quando x tende a 4. De acordo com o teorema do limite da função polinomial, podemos substituir o x por 4 e aí teremos: Exercício 3 Determine os seguintes limites, caso eles existam: a) é um polinômio assim, b) Observe que esse limite tem a forma , onde f(x) e g(x) são polinômios e Consequentemente,temos Exercício 4 Determine , caso exista: Solução: Substituindo x por 1 na função, resultará em 6/0; assim, esse limite tem a forma a/0, com , e todo limite da forma a/0 não existe. Verifique essa afirmação a seguir: UNIP – Métodos Quantitativos em Economia Módulo 1 – Limites pág. 7 Como o numerador é não-nulo quando x = 1 sabemos que x – 1 não é um fator do numerador, e não poderemos dividir o numerador e o denominador como fizemos no exemplo anterior. Fazendo a tabela por aproximação podemos confirmar que este limite não existe, os valores de f(x)/g(x) são ilimitados próximos de x = 1. À esquerda de À direita de X x 0 -2 2 12 0,5 -7,5 1,5 17,5 0,7 -15,3 1,2 35,2 0,9 -55,1 1,1 65,1 0,99 -595,01 1,01 605,01 0,999 -5.995,001 1,001 6.005,001 0,9999 -59.999,0001 1,0001 60.005,0001 Exercício 5 Encontre o limite e , se eles existirem, para Solução: Calculando os limites laterais temos: Como então não existe Graficamente: UNIP – Métodos Quantitativos em Economia Módulo 1 – Limites pág. 8 Exercício 6 Determine , caso exista: Solução: Para determinar esse limite iremos utilizar o limite fundamental exponencial E para isso vamos reescrever o em função do limite fundamental exponencial: 1º passo: trocar x por k na expressão temos: 2º passo: igualar os termos e isolar k 3º passo: trocar k pelas igualdades encontradas no 2º passo: 4º passo: calcular o limite Exercício 7 Determine , caso exista: Solução: Para determinar esse limite iremos utilizar o limite fundamental exponencial E para isso vamos reescrever o em função do limite fundamental exponencial: 1º passo: trocar x por k na expressão temos: 2º passo: igualar os termos e isolar k 3º passo: trocar k pelas igualdades encontradas no 2º passo: 4º passo: calcular o limite UNIP - Matemática para Economia Módulo 2 – Derivadas pág. 1 Módulo 2 – Derivadas 1. Introdução Como o conceito de derivada está ligado à taxa de variação média de uma função vamos iniciar nosso estudo sobre derivadas descrevendo essa taxa. A taxa média de variação mede o ritmo de variação da imagem em relação à variação de x e é expressa por: A taxa média de variação depende do ponto de partida x0 e da variação de x, dada por x=x1-x0. Fazendo 1 0x x x e , ao substituir na fórmula acima temos: 0 0( ) ( )f x x f xf x x Vejamos um exemplo: Seja a função f(x) = x 2 , representada graficamente por: x0 x1 f f(x0) f(x1) x UNIP - Matemática para Economia Módulo 2 – Derivadas pág. 2 2. Derivada: Conceito A derivada de uma função num ponto x0 pertencente ao domínio de f, mede a taxa de variação de f dada uma variação da variável independente x, definida da seguinte forma. 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 ( ) ( ) ( ) ( ) lim lim lim x x x x f x f x f x x f xf x x x x Simbolicamente a derivada de f(x) no ponto x0 é expressa por: 0 0 0 df dy (´ ), ( ) ou ( ) dx dx f x x x 3. Função derivada Função derivada de é o cálculo da derivada de em um ponto genérico x, o domínio dessa função é o conjunto dos valores de x para os quais existe a derivada de A principal vantagem em calcular a função derivada é que com ela poderemos calcular a derivada de em qualquer ponto , para isso basta substituir, na função derivada, x por . Exemplo: Determine a função derivada de Assim, se quisermos a derivada no ponto , basta calcular , que é igual a - 4. Observe que quando x varia de 1 a 2, f varia de 1 a 4. Assim, a taxa de variação de f dada uma variação em x, é dada por: 4 1 3 2 1 f x Isto significa que quando x varia de 1 unidade, começando de x0 = 1, f varia 3 unidades. A derivada de uma função num ponto é um limite e sua condição de existência é que o limite que define a derivada exista. UNIP - Matemática para Economia Módulo 2 – Derivadas pág. 3 4. Derivada das principais funções elementares 4.1. Derivada da função constante Se (função constante), então , para todo x. Exemplos: 4.2. Derivada da função potência Se ·, então Exemplos: 4.3. Derivada da função logarítmica Se ·, então Se ·, então Exemplo: 4.4. Derivada da função exponencial Se , então . , para todo x real Exemplos: UNIP - Matemática para Economia Módulo 2 – Derivadas pág. 4 5. Regras de derivação Considere k uma constante: I. Se , então II. Se , então III. Se , então IV. Se , então V. Se , então 6. Derivadas sucessivas é a derivada de é a derivada de , denominada por derivada segunda de é a derivada de , denominada por derivada terceira de Analogamente, podemos definir derivada quarta, quinta e assim por diante. A derivada de ordem n de será representada por , se n for grande, evitandoo uso de muitas “linhas” Exemplo: Para , teremos as seguintes derivadas sucessivas: UNIP - Matemática para Economia Módulo 2 – Derivadas pág. 5 7. Regra de L’Hôpital Se f(x) e g(x) são funções deriváveis, tais que é da forma , então: , desde que exista o limite . Exemplos Calcule os limites abaixo usando a regra de L’Hopital: a) Como numerador e denominador tendem a 0, quando x tende a 2 a regra de L’Hopital, pode ser aplicada: b) Como numerador e denominador tendem a 0, quando x tende a 2 a regra de L’Hospital, pode ser aplicada: c) Tanto o numerador quanto o denominador tendem a , quando x tende a Logo, pela regra de L’Hospital: 8. Diferencial de uma função O diferencial de uma função (df), mede a variação da função a partir da taxa de variação da função num ponto, útel para calcular aproximadamente variações de f, para pequenos valores de . Exemplo: Consideremos a função e os pontos de abscissa 1 e 1,01. A variação de f entre os pontos dados é A diferencial de f no ponto de abscissa 1, para é Como e temos UNIP - Matemática para Economia Módulo 3 – Aplicações das derivadas em Matemática pág. 1 Módulo 3 – Aplicações das derivadas em Matemática 1. Interpretação geométrica da derivada Como vimos no módulo 2 a definição de taxa de variação média de uma função é: 1 0 1 0 ( ) ( )f x f xf x x x E a definição de derivada de uma função num ponto é: f ’(x0) = 1 0 1 0 1 0 ( ) ( ) lim x x f x f x x x No gráfico, esta relação equivale à tangente do ângulo correspondente à reta que une os pontos x0 e x1. Então, graficamente a derivada de uma função num ponto x0 é igual ao coeficiente angular da reta tangente no ponto x0. Vejamos um exemplo: O gráfico abaixo corresponde a função f(x)=x 2 e a derivada dessa função é f´(x)=2x f´(-2)=2.(-2)=-4 O coeficiente angular da reta que tangencia o gráfico no ponto x = -2 é igual a -4. Isso indica que a reta tangente é decrescente. f´(-1)=2.(-1)=-2 O coeficiente angular da reta que tangencia o gráfico no ponto x = -1 é igual a -2. Isso indica que a reta tangente é decrescente. f´(2)=2.(2)=4 O coeficiente angular da reta que tangencia o gráfico no ponto x = 2 é igual a 4. Isso indica que a reta tangente é crescente. f´(1)=2.(1)=2 O coeficiente angular da reta que tangencia o gráfico no ponto x = 1 é igual a 2. Isso indica que a reta tangente é crescente. f´(0)=2.(0)=0 O coeficiente angular da reta que tangencia o gráfico no ponto x = 0 é igual a 0. Isso indica que a reta tangente é horizontal. UNIP - Matemática para Economia Módulo 3 – Aplicações das derivadas em Matemática pág. 2 2. Máximos e mínimos Por meio do estudo da primeira derivada é possível identificar intervalos de crescimento e decrescimento da função, a partir dos pontos de máximos e mínimos. Funções crescentes e decrescentes Se, para todo ]a, b[x tivermos f ’(x) > 0, então f(x) é crescente em todo intervalo ]a, b[ . Se, para todo ]a, b[x tivermos f ’(x) < 0, então f(x) é decrescente em todo intervalo ]a, b[ . Vejamos o exemplo a seguir: A primeira derivada da função: 3 2( ) 2 3 10 3 x f x x x é 2'( ) 4 3f x x x As raízes da equação f’(x) (pontos onde a primeira derivada se anula) são x = 1 e x = 3. Ao fazer o estudo do sinal de f’(x) temos que a função f’(x) é crescente em ] , 1 [ , decrescente em ]1, 3[ e crescente em [3, [ , como mostra a figura abaixo: Como a função é crescente à esquerda de x = 1 e decrescente à direita de x = 1 significa que x = 1 é um ponto de máximo relativo de f, isto, é este ponto maximiza localmente a função. Aplicando o mesmo raciocínio no ponto x= 3 pode-se concluir que x=3 é ponto de mínimo local de f Os x lim f(x) = e x lim f(x) = - indicam que a função não tem pontos de mínimo e máximo absolutos. Agora, se f for contínua em [a, b], então f assume um valor máximo absoluto f(c) e um valor mínimo absoluto f(d) em algum c e d em [a, b]. Uma condição necessária para um ponto c, pertencente ao domínio de uma função, ser máximo ou mínimo local é que f ‘(c) = 0. 3. Concavidade e Ponto de Inflexão O ponto de inflexão indica onde a concavidade da função muda, isto é, um ponto d é ponto de inflexão,se f ‘‘(d) = 0 e f ´´ tem um sinal à esquerda de d e outro à direita de d. Concavidade e Ponto de Inflexão Se f ’‘(x) > 0 para todo ]a, b[x , gráfico de f(x) é côncavo para cima em [a, b]. Se f ’‘(x) < 0 para todo ]a, b[x , gráfico de f(x) é côncavo para baixo em [a, b]. Vejamos o exemplo a seguir: Vamos estudar concavidade da função . Para isso, primeiro vamos determinar a primeira e segunda derivada da função: Estudo do sinal de f’’ Comportamento de concavidade de f Conclusão: a função f é côncava para baixo no intervalo e côncava para cima em , e x = 2 é um ponto de inflexão, pois UNIP - Matemática para Economia Módulo 3 – Aplicações das derivadas em Matemática pág. 3 4. Máximos e Mínimos por meio da segunda derivada Vejamos um exemplo: Vamos encontrar os pontos de máximo e mínimo da função Para isso vamos determinar a primeira derivada da função , e obter as suas raízes, que são x = 1 e x = 4 Em seguida, vamos determinar a segunda derivada da função . E calcular o valor da f´´(x) para x = 1 e x = 4 (raízes da primeira derivada): Sejam f, f ’, f ’’ contínuas em [a, b] e [a, b]c com f ’(c) = 0. Se f ‘‘(c) > 0, então c é um ponto de mínimo e, se f ‘‘(c) < 0, então c é ponto de máximo de f. UNIP - Matemática para Economia Módulo 4 – Aplicações das derivadas em Economia pág. 1 Módulo 4 – Aplicações das derivadas em Economia 1. Análise marginal A função marginal estuda o efeito causado em f(x) por uma pequena variação de x, como por exemplo: a função custo marginal é a derivada da função custo, a função receita marginal é a derivada da função receita e a função produtividade marginal é a derivada da função de produção e assim analogamente para outras diversas funções. Vejamos alguns exemplos: Exemplo 1 - custo marginal Seja a função custo total então a função custo marginal será dada por . O custo marginal é aproximadamente à variação do custo da produção de uma unidade adicional a partir da unidade x. Assim, para calcular o custo da produção de uma unidade adicional a partir da 10ª unidade, basta calcular o custo marginal para x=10:Portanto, o custo de produção da 11ª unidade é aproximadamente igual ao custo marginal que representa . Exemplo 2 - receita marginal Seja a função receita então a função a receita marginal será dada por: Assim, para calcular a receita no ponto x=50, temos que: Portanto, o aumento da receita decorrente da venda da 51ª unidade representa aproximadamente Exemplo 3 - produtividade marginal Seja a função de produção, onde P é a quantidade (em quilo) produzidas por mês de um produto e x o trabalho mensal envolvido (medido em horas), então a produtividade marginal do trabalho será dada por: Se x=1000 então: Assim, se o número de horas aumentar de 1000 para 1001, o aumento na produção mensal será, aproximadamente, 7,9 quilos. Exemplo 4 - Propensão marginal a consumir e poupar Propensão marginal a consumir é a derivada da a função consumo C(y), indicada por , onde y é a renda disponível e C o consumo. Propensão marginal a poupar é a derivada da função poupança (S(y) = y – C(y)) indicada por , onde y a renda disponível e S a poupança. Seja a função consumo de uma família, assim a função propensão marginal será dada por Para calcular o aumento do consumo se aumentarmos em uma unidade a renda disponível de 10 para 11, basta calcular: . Assim, o aumento do consumo será aproximadamente igual a 0,25. Agora para saber qual será o aumento da poupança é necesário obter a função poupança dada por , ou seja, , e em seguida obter a função propensão marginal a poupar, dada por: . Fazendo y=10 temos: . Portanto, se a renda passar de 10 para 11, o aumento da poupança será aproximadamente 0,75. UNIP - Matemática para Economia Módulo 4 – Aplicações das derivadas em Economia pág. 2 2. Elasticidade A elasticidade da demanda no ponto é definida por: Onde: p0 é preço x0 é a quantidade demandada é a variação do preço a partir de p0 é a variação da quantidade demandada a partir de x0 é a variação porcentual no preço é a variação porcentual na quantidade é a derivada da quantidade em relação ao preço O módulo é introduzido na definição para que a elasticidade resulte em um número positivo. Logo, , em que a derivada é calculada no ponto (x0, p0). Se > 1, a demanda é dita elástica no ponto considerado; Se 0< <1 a demanda é dita inelástica; Se = 1, a demanda tem elasticidade unitária no ponto considerado. Vejamos alguns exemplos: Exemplo 1: Seja uma a equação de demanda então Assim a elasticidade da demanda no ponto será dada por: Portanto, se , então, Conclusão: se o preço for 20 e sofrer um aumento porcentual de 1%, a queda porcentual na demanda será de aproximadamente 1,5%. Exemplo 2: Seja uma a equação de oferta então Assim a elasticidade da oferta no ponto será dada por: Portanto, se , então, Conclusão: Para um acréscimo porcentual de 1% no preço, a partir de 2, o acréscimo percentual na quantidade ofertada será de aproximadamente 0,5%. Para a função de oferta, define-se elasticidade da oferta em relação ao preço de modo análogo. UNIP - Matemática para Economia Módulo 4 – Aplicações das derivadas em Economia pág. 3 3. Mais alguns exemplos de aplicações das derivadas em economia Exemplo 1: O custo mensal de um certo produto é dado por Cada unidade do produto é vendida a $ 1,00. Para calcular a quantidade que deve ser produzida e vendida para dar o máximo lucro mensal, é necessário obter a função lucro mensal dada por: Portanto, Derivando a função lucro, teremos Estudando o sinal da função lucro: Sinal de L’ Comportamento de L Como x representa a quantidade o valor negativo não convém, assim podemos concluir que o ponto de máximo relativo e absoluto é x=3. Portanto, para ter o máximo lucro a é necessário vender 3 unidades por mês. Exemplo 2: O custo de fabricação de x unidades de um produto é dado pela função Suponha que o nível de produção seja de 15 unidades, usando o diferencial de função, é possível calcular quanto varia o custo se forem produzidas 15,5 unidades. Solução: 355,0).1015.4( 5,0).10.2( 10.2)(' 2.10)( .5,0155,15 ).(' 2.10.)( 2 2 dff xdff xxf xxxf unidadesx xxffdf xxxC 35 dff UNIP - Matemática para Economia Módulo 5– Derivadas parciais pág. 1 Módulo 5 – Derivadas parciais 1. Função Derivada Parcial Para calcular e aplica-se as mesmas regras de derivação utilizadas em funções de uma variável, porém y deve ser considerado como constante para o cálculo de ; e x como constante no cálculo de . Exemplo 1: Para calcular as derivadas parciais de em relação a x e em relação a y, temos: Para calcular a derivada parcial de f no ponto (3,4) basta substituir x por 3 e y por 4 em fx e fy: Exemplo 2: Para , temos as seguintes derivadas parciais: Para calcular as derivadas parciais no ponto (1,1) basta substituir x e y por 1: 2. Exercícios resolvidos 1) Determine as derivadas parciais para as seguintes funções e calcule-as nos pontos indicados: a) Solução: Calculando as derivadas parciais no ponto (-1,2): UNIP - Matemática para Economia Módulo 5– Derivadas parciais pág. 2 b) Solução: Calculando as derivadas parciais no ponto (2,-2): c) Solução:Calculando as derivadas parciais no ponto (0,1): d) Solução: Calculando as derivadas parciais no ponto (1,2): UNIP - Matemática para Economia Módulo 6– Aplicações das derivadas parciais em economia pág. 1 Módulo 6 – Aplicações das derivadas parciais em economia 1. Seja a demanda de um produto A em função do seu preço p1 e do preço p2 de outro produto B. a) Calcular a demanda marginal do produto A em relação a seu preço e interpretar o resultado. O resultado negativo indica que a demanda de A diminui com o aumento de seu preço. b) Calcular a demanda marginal do produto A em relação ao preço de B e interpretar o resultado. O resultado positivo indica que a demanda de A aumenta com o aumento do preço de B. 2. Suponha que a quantidade da carne de frango demandada diária num açougue seja função do seu preço unitário x (por kg) e do preço unitário y (por kg) da carne de boi, de acordo com a relação . Calcule e e interprete o resultado: Solução: Interpretação do resultado: Um aumento unitário no preço do kg da carne de frango (de 2 para 3) corresponde uma diminuição de aproximadamente 12kg na demanda da carne de frango (mantido o preço do kg da carne de boi em 3). Um aumento unitário no preço do kg da carne de boi (de 3 para 4) corresponde um aumento na demanda da carne de frango em aproximadamente 27 kg (mantido o preço do kg da carne de boi em 3). 3. Seja uma função de produção, onde P é a quantidade colhida de arroz (em toneladas), x é o número de horas trabalhadas (em milhares) e y é o número de hectares plantados. Calcule: a) A produtividade marginal do trabalho 25,025,025,0175,0 ..5,1.75,0.2, yxyxyx x P b) A produtividade marginal da terra 75,075,0125,075,0 .5,025,0..2, yxyxyx y P UNIP - Matemática para Economia Módulo 6– Aplicações das derivadas parciais em economia pág. 2 c) Calcule e interprete o resultado: 66,132.5,13,2 25,025,0 x P 37,032.5,03,2 75,075,0 y P Interpretação: Um aumento unitário no número de horas trabalhadas (de 2 para 3) corresponde a um aumento de aproximadamente 1,66 toneladas na colheita de arroz (mantido o número de hectares plantados em 3). Um aumento unitário no número de hectares plantados (de 3 para 4) corresponde a um aumento de aproximadamente 0,37 toneladas na colheita de arroz (mantido o número de horas trabalhadas em 2 milhares). 4. Seja a função utilidade de um consumidor, onde x é quantidade consumida do produto A e y do produto B. a) Calcule a função utilidade marginal do produto A e do produto B: yxyx y U xyyx x U 2220, 2210, b) Calcule : 143.25.2105,3 x U 165.23.2205,3 y P 5. Seja a função custo para produção para fabricar x unidades do produto A e y unidades do produto B. a) Calcule os custos marginais em relação a x e a y: xyyyx y C yxyx x C 62, 3650, 2 c) Calcule : 1435.33.6505,3 2 x C 805.3.65.25,3 y C UNIP - Matemática para Economia Módulo 7– Integral pág. 1 Módulo 7 – Integral 1. Integral Indefinida Função primitiva é toda função f(x) cuja derivada é igual a f´(x) ou Exemplo: Uma função primitiva da função é Mas vale observar que não é a única primitiva de , pois a função , também é uma primitiva de . Conclusão: toda função do tipo é uma primitiva de , em que c é uma constante qualquer. Integral indefinida de f(x) é qualquer função primitiva de f(x) adicionada a uma constante arbitrária c. A notação de Integral indefinida é . O procedimento de determinação integral indefinida é chamado integração. Exemplo: Propriedades das integrais Alguns exemplos: dxxfcdxxfcP dxxfdxxfdxxfxfP dxxfdxxfdxxfxfP 3 21212 21211 UNIP - Matemática para Economia Módulo 7– Integral pág. 2 2. Integral definida Seja f(x) uma função contínua em [a, b] e g(x) uma de suas primitivas, a integral definida de f(x) entre os limites a e b, é definida como sendo a diferença g(b) – g(a), representada simbolicamente por: Exemplos: 1) Cálculo da integral definida : Solução: é umas das primitivas da função dada, assim: Observe que o resultado não se altera se tomarmos qualquer outra primitiva, pois a constante irá se cancelar. 2) Cálculo da integral definida: Solução: 3) Cálculo da integral definida: Solução: UNIP - Matemática para Economia Módulo 6– Aplicações das integrais em economia pág. 1 Módulo 8 – Aplicações das integrais em economia Função Custo a partir da função custo marginal Dado que a função custo marginal é e que o custo fixo é $80,00, é possível obter a função custo, a partir da integral da função custo marginal. Como então Assim Como o custo fixo é $80,00, então a função custo é Função Receita e receita média partir da função receita marginal Sabendo-se que a receita marginal é , é possível obter a função receita a partir da integral da receita marginal. Como então Assim Como para x = 0 a receita vale 0 então a constante c vale 0, assim a função receita é Agora para obter a função receita média basta dividir a função receita por x: Portanto,a função receita é e a função receita média é igual a Função Consumo a partir da função propensão marginal a consumir Sabendo-se que a função propensão a consumir é dada por , e quando y = 0 o consumo é igual a $70,00, é possível obter a função consumo a partir da integral da propensão a consumir. y é a renda disponível C(y) é a função consumo é a propensão marginal a consumir S(y) = y – C(y) é a função poupança é a propensão marginal a poupar UNIP - Matemática para Economia Módulo 6– Aplicações das integrais em economia pág. 2 Como então Assim Como para y = 0 o consumo é $70,00 então a função consumo é Veja como obter a função poupança e a propensão marginal a poupar: (Função poupança) (Função propensão marginal a poupar)
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