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Matemática Superior - UVB Faculdade On-line UVB6 Aula 01 Definição intuitiva de Limite Objetivos da Aula Os objetivos desta aula visam permitir a você trabalhar com problemas que envolvam cálculos mais complexos do dia-a-dia do administrador, identificando vários tipos de funções matemáticas como limites e continuidade de funções. Além disso, pretende-se discutir de modo sucinto as técnicas de derivações: interpretação do conceito de derivadas, derivação sucessiva, aplicações da derivada, máximos e mínimos; as equações diferenciais: definições e interpretações geométricas; e a integração de funções: indefinida e definida. Por último, iremos conceituar o limite de forma intuitiva. Ao final desta aula, você deverá estar apto a compreender melhor certos cálculos complexos presentes no dia-a-dia do administrador, bem como deverá estar apto a identificar tipos de funções matemáticas fundamentais para a formação profissional em Administração. Introdução ao Cálculo O século XVII foi extremamente produtivo para o desenvolvimento da matemática, graças em grande parte à invenção do cálculo, realizada por Isaac Newton e Gottfried Wilhelm Leibniz. Matemática Superior - UVB Faculdade On-line UVB7 Motivados pela resolução de problemas físicos (como encontrar a reta tangente a uma curva num dado ponto da curva) e também por problemas geométricos (como encontrar a área da região plana limitada por uma curva arbitrária), eles impulsionaram o desenvolvimento do cálculo, transformando-o em uma ferramenta indispensável para a solução de problemas práticos do nosso cotidiano, tais como: •Como determinar a taxa de variação do lucro de uma empresa em relação ao tempo; •Como determinar o crescimento populacional de uma cidade em relação ao tempo; •Como determinar a taxa de variação de vendas de um certo produto em relação à propaganda; •Como determinar o fluxo de renda futura acumulado por uma empresa em relação a um certo período de tempo. Assim sendo, o estudo do problema da reta tangente motivou o desenvolvimento do cálculo diferencial, que se baseia no conceito de derivada de uma função. Por outro lado, o estudo do problema da área levou à criação do cálculo integral, que se baseia no conceito de antiderivada de uma função. Neste sentido, a formulação das definições de derivada e integral é baseada em um conceito mais fundamental: o de limite de uma função, que será apresentado a seguir, explorando-se inicialmente uma idéia intuitiva. Limite na vida prática Observemos algumas situações de nosso cotidiano nas quais estão presentes a idéia intuitiva de limite. Matemática Superior - UVB Faculdade On-line UVB8 1. Se o câmbio do dólar americano tende a estabilizar-se em torno de R$ 3,00 (3 reais), então o valor pago por 100 dólares estabiliza-se em R$ 300,00. Logo podemos falar que o limite ( valor pago por 100 dólares) é igual a R$ 300,00, quando o valor pago por 1 dólar tende a R$ 3,00. 2. Imagine uma placa metálica quadrada que se expande uniformemente por ser aquecida. Se x é o comprimento do lado, a área da placa é dada por A = x². Evidentemente, quando x se avizinha de 3, a área da placa A tende a 9. Expressamos isto dizendo que quando x se aproxima de 3, x² se aproxima de 9 como um limite. Simbolicamente, escreveremos: onde a notação “ x -> 3 “ indica x tende a 3 e “ lim “ significa “ o limite de “. 3. Suponhamos agora que você esteja dirigindo um automóvel. Se o acelerador for calçado para baixo em torno de 2 cm, então a velocidade se manterá próxima aos 80 km/h. Logo, podemos dizer que o limite (a velocidade instantânea de automóvel) é igual a 80 km/h, quando o acelerador tender a 2 cm para baixo. Matematicamente escrevemos esta situação por meio da seguinte expressão: onde v(x) é a velocidade instantânea do automóvel, e x é a medida em centímetros calcada no acelerador. 4. Para fechamos a idéia, considere v(t) = , a função que nos fornece a velocidade média de um carro. Suponhamos que temos que calcular o valor de v(t), quando t se aproxima de 2 (sem atingí-lo). Observaremos que, à medida que os valores de t se aproximam de 2 pela direita Matemática Superior - UVB Faculdade On-line UVB9 (valores maiores que 2) ou pela esquerda (valores menores que 2), os valores da velocidade média correspondentes também se aproximam cada vez mais de 16m/s. Para melhor compreensão, observe a tabela e o gráfico: Uma função f(x) tem limite L, quando x se aproxima de a, denotado por lim f(x) = L, logo, podemos fazer o valor de f(x) tão próximo do número L quanto x a quisermos, tomando x suficiente próximo (mas não igual) a “a”. Então podemos concluir que, quando t se aproxima de 2 segundos tanto pela direita como pela esquerda, v(t) se aproxima de 16m/s, e escreveremos: Observe que o ponto t=2 não pertence ao domínio da função v [ por esta razão , o ponto (2,16), indicado por um pequeno “salto”, não está definido no gráfico de v, mostrado acima ]. Isto, no entanto, é irrelevante porque o valor de v(t) em t=2 não desempenha nenhum papel no calculo de limite. Matemática Superior - UVB Faculdade On-line UVB10 Pelos exemplos expostos anteriormente, nos leva à seguinte definição informal de limite: Observação Importante: Já sabemos que para t = 2 , a função v(x) = não está definida. Vejamos o que acontece se tentamos calcular o limite de v(x), quando x tende a 2, denotado por: substituindo t = 2 nesta expressão, temos: (resulta numa indeterminação) Essa indeterminação pode ser contornada simplificando a expressão t² - 4 da seguinte forma: t² - 4 = t² - 2² = (t - 2)(t + 2) (diferença de dois quadrados) substituindo a expressão fatorada na função limite, o termo (t -2) será cancelado, contornando assim a indeterminação: v(x) = 4t + 8 é a forma fatorada da função mostrada no gráfico anteriormente. Como podemos perceber para o estudo de limite, é fundamental que o aluno tenha conhecimento de algumas fatorações a fim de contornar as indeterminações. Vejamos agora alguns casos de fatoração: Diferença de dois quadrados (a² - b²) = (a - b)(a + b) Exemplo: x² - 25 = x² - 5² = (x - 5)(x + 5) Matemática Superior - UVB Faculdade On-line UVB11 Trinômio quadrado perfeito a² + 2ab + b² = (a + b)² Exemplo: x² + 8x + 16 = (x + 4)² a² - 2ab + b² = (a - b)² Exemplo: x² - 6x + 9 = (x - 3)² Soma de dois cubos (a³ + b³) = (a + b)(a² - ab + b²) Exemplo: x³ + 8 = x³ + 2³ = (x + 2)(x² - 2x + 2²) Diferença de dois cubos (a³ - b³) = (a - b)(a² + ab + b²) Exemplo: x³ - 27 = x³ - 3³ = (x - 3)(x² + 3x + 3²) Trinômio do 2º grau Seja f(x) = ax² + bx + c = 0 e a 0. Se 0 e x’ e x’’ são as raízes da função f, então f(x) pode ser fatorada da seguinte forma: f(x) = a(x - x’)(x - x’’) As raízes de f(x) = ax² + bx + c podem ser determinadas pela fórmula de Bhaskara: Exemplo: fatore o trinômio x² - 7x + 12. Inicialmente, calcularemos as raízes da equação pela fórmula de Bhaskara: Matemática Superior - UVB Faculdade On-line UVB12 1o. passo: determinar o valor de (delta). Não se esqueça que tem que ser maior ou igual a zero, a equação não possui raízes reais. a = 1, b = - 7 e c = 12 2o. passo: Determinar as raízes pela fórmula de Bhaskara 3o. passo: Com as raízes determinadas x’ = 4 e x” = 3 , substituir pela forma fatorada da equação: a(x - x’)(x - x’’) = 1(x - 4)(x - 3) = (x - 4)(x - 3) Finalmente, escreveremos a equação na forma fatorada, conforme abaixo: x² - 7x + 12 = (x - 4)(x - 3) Atividade extra (Essencial para o entendimentoda próxima aula) Simplifique as seguintes expressões: Solução: Matemática Superior - UVB Faculdade On-line UVB13 O numerador é um trinômio do 2º grau que pode ser escrito na forma a(x - x’)(x - x’’), e inicialmente encontraremos as raízes da equação x² + x - 2. 1o. passo: Determinar o valor de (delta) a = 1, b = 1 e c = -2 = b² - 4ac = 1² - 4.1.(-2) = 1 + 8 = 9 2o. passo: Determinar as raízes pela fórmula de Bhaskara 3o. passo: Com as raízes determinadas x’ = 1 e x” = - 2 , substituir pela forma fatorada da equação: a(x - x’)(x - x’’) = 1(x - 1)(x - ( -2)) = (x - 1)(x + 2) Logo, x² + x - 2 = (x - 1)(x + 2) O denominador x² - 4 é uma diferença de dois quadrados, logo pode ser fatorado em: x² - 4 = x² - 2² = (x - 2)(x + 2). Portanto, reescrevendo-se a expressão pela forma fatorada, resulta em: Matemática Superior - UVB Faculdade On-line UVB14 b) Solução: Inicialmente, vamos fatorar o numerador que é uma diferença de dois cubos: X³ - 64 = x³ - 4³ = (x - 4)(x² + 4x + 4²) = (x - 4)(x² + 4x + 16) Em seguida, substituiremos a forma fatorada pela expressão, resultando na seguinte simplificação: Solução: No numerador, temos um caso de fatoração chamado de fator comum. Neste caso, colocaremos em evidência o fator comum da expressão, que é 5x, logo: 25x² + 5x = 5x(5x + 1) Substituindo-se a forma fatorada pela expressão, resulta-se na seguinte simplificação: Matemática Superior - UVB Faculdade On-line UVB15 Resposta: d) x + 3 e) x - 1 Nesta aula vimos como trabalhar com problemas que envolvem cálculos complexos, dando um enfoque especial às expressões matemáticas que incorporam limites e continuidade de funções. Vários tipos de cálculos foram exemplificados a fim de esclarecer sua praticidade no campo profissional do Administrador. Referências Bibliográficas HARIKI, Seiji & ABDOUNUR, Oscar J. Matemática Aplicada: Administração, Economia, Contabilidade. São Paulo: Saraiva, 1999. MEDEIROS DA SILVA, Sebastião et alii. Matemática para os cursos de economia, administração, ciências contábeis. vol. 1 - 5. São Paulo: Atlas, 1999. Matemática Superior - UVB Faculdade On-line UVB16 TAN, S.T. Matemática aplicada à administração e economia. São Paulo: IOB Thomson, 2001. Sugestões Bibliográficas BARBANTI, Luciano & MALACRIDA JR., Sergio A. Matemática Superior: Um primeiro curso de cálculo. São Paulo: Ed. Pioneira, 1999. LEITHOLD, L. O cálculo com geometria analítica. São Paulo: Harbra, 1994. DANTE, L. ROBERTO. Matemática: contexto & aplicação. São Paulo: Ática,1999. Links http://www.math.com
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