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CÁCULO INTEGRAL Prof. Me. Dioniso sá INTEGRAÇÃO Sabemos que, dada uma função f(x) = 3x2, ao derivarmos f(x) obtemos f’(x) = 6x. Digamos que temos f’(x) = 6x, podemos afirmar que f(x) = 3x2 pois dx d (3x2) = 6x; a este processo damos o nome de ANTIDERIVAÇÃO, ou seja, o processo que determina a função original (Primitiva) a partir de sua derivada. “Vamos utilizar a notação F(x) como antiderivada de f(x)“. OBS: Seja F(x) uma antiderivada de f(x), então F(x) + C também o é, onde C é uma Constante de Integração, por exemplo: F(x) = x4, G(x) = x4 + 3, H(x) = x4 – 5 são antiderivadas de 4x3, pois a derivada de cada uma delas é 4x3. Logo, todas as antiderivadas de 4x3 são da forma x4 + C. Daí o processo de antiderivação nos dar uma família de funções que se diferenciam pela constante. NOTAÇÕES: O processo de antiderivação é a operação inversa da derivação e é também chamada de INTEGRAÇÃO e indicamos pelo símbolo dxxf )( ( Integral Indefinida ), como tal indica uma família de antiderivadas de f(x), temos : CxFdxxf += )()( ● Lembrando que F(x) é uma função tal que F’(x) = f(x) e C uma constante Unama – Engenharia de Produção – Prof Me Dioniso Sá 2 arbitrária, símbolo de integral, dx diferencial, f(x) integrando. Exemplos : += Cxdx 22 Cxdxx += 323 Cttdt += 224 Cálculo de Antiderivadas (Integrais) ● →= )()( xfdxxfdx d A diferenciação é o inverso da integração. ● →+= Cxfdxxf )()(' A integração é o inverso da diferenciação. Fórmulas fundamentais de Integração a ) += Ckxkdx com k : cte. ( Regra da Constante ) b ) = dxxfkdxxkf )(.)( ( Regra do Múltiplo constante ) c ) +=+ dxxgdxxfdxxgxf )()()()( ( Regra da Soma ) d ) −=− dxxgdxxfdxxgxf )()()()( ( Regra da Diferença ) e ) C n x dxx n n + + = + 1 1 com n -1 ( Regra Simples da Potência ) Unama – Engenharia de Produção – Prof Me Dioniso Sá 3 Obs. : += Cxdxx ln 1 com x > 0. Exemplos : Acompanhe os passos básicos para uma “ boa “ integração : 1 ) +=+ === C x C x dxxxdxxdx 2 3 2 3.3.33 22 1 . 2 ) +−=+− == − − C x C x dxxdx x 2 2 3 3 2 1 2 1 . 3 ) C xx CxCxC x dxxdxx +=+=+=+== 3 2 . 3 2 . 3 2 2 3 32 32 3 2 1 . OBS.: Para verificarmos se o resultado está correto, basta deriva-lo e “tentar “ obter o “Integrando“. Exercícios: Resolva as Integrais : 1 ) dxx 5 2 ) dss + 2)43( 3 ) dxpx 2 4 ) dxxsen 5 ) dxxcos 6 ) dx x x +1 7 ) dx x xx −+ 2 23 45 8) ( )dxxectgxx + 2cos.sec.3 Unama – Engenharia de Produção – Prof Me Dioniso Sá 4 9) dx xx x ex +− 72 2 cos sen 2 10) dx ecx x cos sec2 11) O custo marginal da fabricação de x unidades de um produto tem como modelo a seguinte equação x dx dC 04,032−= ( Custo Marginal ). A produção da primeira unidade custa $ 50. Ache o Custo Total da produção de 200 unidades. 12) Ache a Função Custo correspondente ao custo marginal 4 20 1 += xdx dC com custo de $ 750 para x = 0. 13) Uma indústria fez uma análise de suas instalações de produção e de seu pessoal. Com o atual equipamento e número de trabalhadores, a indústria pode produzir 3000 unidades por dia. Estima-se que sem qualquer mudança nas instalações a taxa de variação do número de unidades produzidas por dia em relação à variação no número de trabalhadores adicionais é 80 – 6x1/2, onde x é o número de trabalhadores adicionais. Encontre a produção diária, caso se admita mais 25 trabalhadores. 14) Depois de uma experiência, um certo fabricante determinou que se produzissem x unidades de um determinado produto por semana o custo marginal seria dado por 0,3x – 11 onde o custo de produção é em reais. Se o preço de venda do produto é fixado em R$ 19,00 por unidade, e o custo fixo por semana é R$ 100,00, encontre o lucro semanal máximo que pode ser obtido. 15) Ache a equação da função f(x) cujo gráfico passa pelo ponto P ( 4, 2 ) e possui derivada f’(x) = 106 −x . PS: Resolva Lista de Exercícios Extra – Vide Anexo (seção 6.2) Unama – Engenharia de Produção – Prof Me Dioniso Sá 5 INTEGRAL DE ex A integração da função exponencial ex é trivial, pois ex é sua própria derivada. Assim, += k xedxxe REGRAS DA CONSTANTE MULTIPLICADA E DA SOMA É fácil rescrever as regras de derivação para soma e constante multiplicada e transformá-las em regras de integração para estes casos. Regra da constante multiplicada para integrais Para qualquer constante k, = dxxfkdxk )(f(x) ou seja, a integral de uma constante multiplicada por uma função é igual à constante multiplicada pela integral da função. Regra da soma para integrais +=+ dxxgdxxfdx )()( g(x)]f(x)[ ou seja, a integral da soma é a soma de cada uma das integrais. Exemplo: 1) Calcule as integrais a) +== k5x1dx5 dx 5 b) ++=+++=+=+ ke x kek x dxedxxdxex xxxx 33 ][ 3 21 3 22 c) kxxek x xedxxdx x dxedxx x e xxxx +−+=+−+=−+= −+ 3 3 22 6 1 ||ln23 32 1 ||ln23 2 11 23 2 12 3 Nota: pelo exemplo c, temos que ao invés de adicionarmos uma constante a cada uma das 3 primitivas, basta adicionar apenas uma constante k ao final do resultado encontrado. Unama – Engenharia de Produção – Prof Me Dioniso Sá 6 INTEGRAIS DE PRODUTOS E QUOCIENTES Não existem regras gerais de integração de produtos e quocientes. Ocasionalmente, conseguiremos exprimir um produto ou um quociente de uma forma integral, com o auxílio das regras já apresentadas. Exemplos: 1) Calcule dx x xx 523 3 5 −+ Fazendo a divisão indicada, temos: 322 333 5 3 5 523 523523 −− −+=−+= −+ xxx xx x x x x xx Assim, =+− − − +=−+=−+= −+ −−−−−− k xxx dxxdxxdxxdxxxxdx x xx 2 .5 1 2 3 3523 ]523[ 523 213322322 3 5 k xx x ++−= 2 3 2 52 2) Calcule dx x x 2 83 − − Fazendo a divisão indicada, temos : 0 84 84 42x- 82x 42 x2x- 2 8- x 2 2 223 3 +− − + − +++ − x x x xx x 42 2 8 2 3 ++= − − xx x x , pois 8)42).(2( 32 −=++− xxxx Assim: +++=+++=++=++=− − kxx x kx xx dxdxxdxxdxxxdx x x4 3 4 2 2 3 14 2 ]42[ 2 8 2 323 22 3 Método da Substituição ou Mudança de Variável para integração Muitas vezes a simples identificação das funções permite fazer a substituição mentalmente; na mudança de variável, no entanto, escrevemos os cálculos intermediários. O papel da substituição na integração é comparável ao da Regra da Cadeia na diferenciação. Lembre-se de que, se y = F(u) e u = g(x) são funções diferenciáveis, a Regra da Cadeia diz que Unama – Engenharia de Produção – Prof Me Dioniso Sá 7 )(')).(('))(( xgxgFxgF dx d = Da nossa definição de antiderivada, segue que .))(()(')).((' CxgFdxxgxgF += Enunciamos esse resultado no teorema abaixo. Teorema: (Antiderivada de uma Função Composta) Sejam f e g funções tais que fog e g’ são contínuas em um intervalo I. De F é uma antiderivada de f em I, então .))(()(')).(( CxgFdxxgxgf += Existem diversas técnicas para aplicar a substituição, cada uma ligeiramente diferente da outra. O objetivo, no entanto, é o mesmo com qualquer técnica – estamos tentando encontrar uma antiderivada do integrando. Observe que o teorema não diz como distinguir entre f(g(x)) e g’(x) no integrando. À medida que você adquire experiência em integração, sua habilidade em identificar as funções aumenta. É claro que familiaridade com derivadas é fundamental. Os Exemplos a seguir mostram como aplicar o teorema diretamente, reconhecendo a presença de f(g(x)) e de g’(x) da função interna da composição. interna função CxgFdxxgxgf interna função externa da Derivada função += .))(()(')).(( OBS: Se u = g(x), escrevemos du = g’(x) dx e a integral no teorema fica na forma .)()()(')).(( CuF du ufdxxgxgf +== Por exemplo ... Sabemos que a Regra Simples da Potência é dada por Unama – Engenharia de Produção – Prof Me Dioniso Sá 8 C n x dxx n n + + = + 1 1 com n -1, usada quando a função é expressa como potência de x somente. Vejamos outros tipos de funções: Para calcular ( ) + dxxx 32 12 temos que encontrar f(x) tal que f’(x) = 2x.( x2 + 1 )3, daí : ◙ ( ) xxx dx d 2.)1.(41 32 42 +=+ ( Regra da Cadeia ). ◙ ( ) xx x dx d 2.)1( 4 1 32 42 += + ( Dividir ambos os membros por 4 ). ◙ ( ) ( ) dxxxCx +=+ + 32 42 12 4 1 ( Integrando ). Note 2x no integrando ele é exatamente ( x2 + 1 )’ . Fazendo x2 + 1 = u, temos du = 2x dx, logo : ( ) +===+ C u duudx dx du udxxx 4 .1.2 4 3332 . ◙ Daí a Regra Geral da Potência para u função diferenciável de x ser ... ++ = + C n u dx dx du u n n 1 . 1 , com n - 1 . Unama – Engenharia de Produção – Prof Me Dioniso Sá 9 Exemplos : Calcule as seguintes integrais indefinidas : a ) C xu duudxxdxx + − ===−=− 5 5)13( 5 5 43.4)13(4)13.(3 . == −= dxdu dx du xu .33 13 b) C xx C u duudxxxxdxxxx + + =+==++=++ 2 2)2( 2 2 )12().2()2).(12( ( ) +=+= += dxxdux dx du xxu 1212 2 c) Cx x C u duudxxxdxxx +−= − =+==−=− 3)23(. 3 2 2 3 )23( 2 3 2 3 2 1 23.2 1 )23(23.23 2 3 == −= dxxdux dx du xu 2323 23 d) C x C u C u duudxxxdx x x + − =+ − =+ − == −−= − − −−− 12 11 1 )4()21( )21( 4 2 1 222 22 −=−= +−= xdxdux dx du xu 44 12 2 Exercícios : Calcule as seguintes integrais indefinidas : 1 ) ( ) dxx + 2.21 4 2 ) dxxx − 10.45 2 3 ) dx xx x −+ + 22 )32( 1 4 ) dx xx x +− − 34 2 2 5 ) dxx + )4sen( 6) dxxx + )3sec( 2 Unama – Engenharia de Produção – Prof Me Dioniso Sá 10 7) dxxx cos.sen 2 8) dxxx − 42 2 9) ++ 1362 xx dx 10) dx x x + − 1 2 APLICAÇÕES Nos exemplos que se seguem a taxa de variação é conhecida e o objetivo consiste em calcular a expressão da própria grandeza. Como a taxa de variação é a derivada, calculamos sua expressão por integração. 7.1. Crescimento Populacional Exemplo: Estima-se que, daqui a t meses, a população de uma certa cidade variará segundo a taxa de t62 + pessoas por mês. A população atual é de 5.000 pessoas. Qual a população daqui a 9 meses? Solução: Seja P(t) a população da cidade daqui a t meses. Então, a derivada de P é a taxa de variação da população em relação ao tempo, ou seja, t dt dP 62 += Segue-se que a função população P(t) é uma primitiva de t62 + , ou seja, ++=+== ,42)t6(2dt )( 2 3 kttdt dt dP tP para alguma constante k. Para determinar k, usamos a informação de que a população atual (quando t = 0) é de 5.000, ou seja: ,000.54020000.5 2 3 =++= kk logo 000.542)( 2 3 ++= tttP e a população daqui a 9 meses será: 126.5000.59492)9( 2 3 =++=P 7.2. Economia, administração, ciências contábeis e engenharia de produção Unama – Engenharia de Produção – Prof Me Dioniso Sá 11 Nas aplicações à economia, se conhecemos a função marginal então podemos usar a integração indefinida para determinar a função custo total, conforme ilustram os exemplos a seguir: Exemplos: 1) Um fabricante calculou que o custo marginal de uma produção de q unidades é de 3q2 – 60q + 400 reais por unidade. O custo de produção das duas primeiras unidades foi de R$ 900,00. Qual será o custo total de produção das cinco primeiras unidades? Solução: Vale lembrar que o custo marginal é a derivada da função custo total c(q). Logo, c’(q) = 3q2 – 60q + 400 e, portanto, c(q) deve ser a primitiva ++−=+−== ,40030 )400603( )(')( 232 kqqqdqqqdqqcqc para alguma constante k. O valor de k é determinado com base no fato de que c (2) = 900. Em particular, 900 = (2)3 – 30(2)2 + 400(2) + k k = 212 Então, c(q) = q3 – 30q2 + 400q + 212 e o custo de produção das 5 primeiras unidades é de: C(5) = (5)3 – 30(5)2 + 400(5) + 212 = R$ 1.587,00 2) Um fabricante constata que o custo marginal da produção de x unidades de uma componente de copiadora é dado por 30 – 0,02x. Se o custo da produção de uma unidade é R$ 35,00, determine a função custo e o custo de produção de 100 unidades? Solução: Seja C a função custo, então o custo marginal é a taxa de variação de C em relação a x, isto é: C ’ (x) = 30 – 0,02x Logo kdxxdxxC +=−= 20,01x -30x C(x) )02,030( )( ' para algum k. Unama – Engenharia de Produção – Prof Me Dioniso Sá 12 Com x = 1 e C(1) = 35, obtemos: 35 = 30 – 0,01 + k, ou k = 5,01 Consequentemente C(x) = 30x – 0,01x2 + 5,01 Em particular, o custo da produção de 100 unidades é C(100) = 3.000 – 100 + 5,01 = R$ 2.905,01 3) Um fabricante de bicicletas espera que daqui a x meses os consumidores estarão adquirindo F(x) = 5.000 + 60 x bicicletas por mês ao preço de P(x) = 80 + 3 x u.m. (unidades monetárias) por bicicleta. Qual éa receita total que o fabricante pode esperar da venda das bicicletas durante os próximos 16 meses? Resposta: R’ (x) = F(x).P(x) R (x) = ... assim, R(x) = 7.267.840 Solução: R’ (x) = F(x).P(x) R’ (x) = [5000 + 60 x ] . [80 + 3 x ] R’ (x) = 400.000 + 15.000 x + 4800 x + 180x R’ (x) = 400.000 + 19.800 x + 180x Assim, ++ dxxx )180800.19000.400( = 400.000x+19.800 2 3 2 3 x + 2 180 2x +k=400.000x + 13.200 x 23 + 90x2 + k R(x) = 400.000 x + 13.200 x 23 + 90x2 (produção nula k = 0) Logo, R(16) = 400.000 (16) + 13.200 (16) 23 + 90 (16)2 R(16) = 6.400.000 + 844.800 + 23.040 R(16) = 7.267.840 unidades monetárias. Unama – Engenharia de Produção – Prof Me Dioniso Sá 13 APLICAÇÕES DAS INTEGRAIS INDEFINIDAS À ENGENHARIA DE PRODUÇÃO Adaptado de MARQUES, Jair Mendes. Matemática Aplicada para cursos de Administração, Economia e Ciências Contábeis. Curitiba: Juruá, 2002. 322p. Foi visto nas aplicações de derivadas que as derivadas da função custo total e da receita total representam, respectivamente, as funções custo marginal (CMg) e receita marginal (RMg). Conhecendo-se o custo marginal e a receita marginal, através da integração dessas funções, podemos obter o custo total e a receita total, ou seja, ✓ Função custo total: = dxxCMgxC )()( ✓ Função receita total: = dxxRMgxR )()( Como a integral indefinida contém uma constante arbitrária, no cálculo do custo total essa constante pode ser calculada conhecendo-se o custo fixo de produção. No caso do cálculo da receita total, como geralmente a receita total é zero quando o número de unidades produzidas é zero, este resultado pode ser usado para calcular a constante de integração. Exemplos ilustrativos: 1) Se a função receita marginal é dada por RMg(x) = 80 - x + x2. Determine a função receita total e a função demanda. Solução: Função receita total: k xx xdxxxdxxRMgxR ++−=−−== 32 80)80()()( 32 2 . Como, para x = 0, R(0) = 0, então k = 0. Portanto, . 32 80)( 32 xx xxR +−= Função demanda: . 32 8032 80 )( 2 32 xx x xx x x xR p +−= +− == 2) Uma empresa sabe que o custo marginal de produção de x unidades é de R$ 6x2 - 2x + 200 / unidade. O custo para produzir as três primeiras unidades foi R$ 1.200,00. Calcular o custo para produzir as 10 primeiras unidades. Solução: Função custo total: kxxxkx xx dxxxdxxCMgxC ++−=++−=+−== 20022002 2 3 6 )20026()()( 23 23 2 Unama – Engenharia de Produção – Prof Me Dioniso Sá 14 Para .555120032003321200)3(,3 23 ==++−== kkCx Portanto, a função custo total é: kxxxxC ++−= 2002)( 23 Custo para produzir 44554551020010102)10(,10 23 =++−== Cx 3) A função custo marginal de determinado produto é dada por CMg(x) = 20 + 40x - 6x2. O custo fixo é 60. Determine: (a) a função custo total; (b) a função custo médio; (c) a função custo variável. Solução: 4) Para determinado produto, a função receita marginal é RMg(x) = 25 - 5x. Determine: (a) a receita total; (b) a função demanda. Solução: 5) Em certa indústria, para um nível de produção de x unidades sabe-se que o custo marginal de produção de cada uma é CMg(x) = 3x2 - 12x + 36 reais. Calcule a função custo total sabendo-se que o custo fixo é igual 50. Solução: Unama – Engenharia de Produção – Prof Me Dioniso Sá 15 6) Determine a função receita total se a função receita marginal é dada por RMg(x) = 0,75x2-20x+10. Solução: Teoria e Exemplos - Adaptados de: HARIKI, Seiji; ABDOUNUR, Oscar João. Matemática aplicada: Administração, Economia, Contabilidade. São Paulo: Saraiva, 1999. Análise Marginal Frequentemente, é necessário analisar uma variável econômica através do comportamento de sua derivada, procedimento denominado análise marginal. Em seção anterior, discutiu-se questões desta natureza para variáveis econômicas como custo total e receita total gerando respectivamente custo e receita marginais. Reciprocamente, em outros problemas, o que se procura é a recuperação de uma função total a partir de sua derivada, ou seja, de sua função marginal. Enquanto no primeiro caso utiliza-se o cálculo diferencial, no segundo recorre-se ao cálculo integral. Embora, anteriormente, tenha enfatizado particularmente custos e receitas marginais, cabe ressaltar que se pode definir variáveis marginais – e, reciprocamente, resgatar as variáveis totais correspondentes – para qualquer variável econômica. Por exemplo, variáveis marginais como imposto marginal, produtividade marginal, propensão marginal a consumir associam-se respectivamente a dx dC dx dP dx dI ,, onde I representa o imposto total produzido pela venda de x mercadorias, P a produtividade em função do número de trabalhadores ou máquinas x e C o consumo total como função da renda nacional total x. Pode- se ainda pensar em demanda marginal, eficiência marginal de investimentos, etc. Apresentaremos neste item alguns casos envolvendo variáveis econômicas marginais e totais e como proceder para resolver problemas deste tipo. Exemplos: 1) Supondo que a produtividade marginal (PMg) de uma fábrica em relação à produção diária de automóveis P seja dada por x dx dP 1,02 −= , onde x representa o número de vendedores. Supondo que a empresa possui 15 vendedores, quantos vendedores são necessários contratar para atingir uma produção de 20 carros por dia? Considere que a produtividade é nula sem empregados vendedores. Unama – Engenharia de Produção – Prof Me Dioniso Sá 16 Solução: Se 2 *2 05,02 2 1,0 2)1,02()1,02(1,02 xxk x xdxxPdxxdPx dx dP −=+−=−=−=−= * A produtividade é nula sem empregados vendedores. Se 2004004002005,0205,022020 222 ==+−=−−−== xxxxxxxP Como x representa o número de empregados, a empresa necessita contratar mais 5 vendedores. 2) Se a produtividade marginal de automóveis (número de automóveis por dia) em relação ao número de empregados é dada por dP/dx = 8 – 0,06x, quantos empregados são necessários para produzir 148 carros por dia? Considere que sem empregados não há produção. Resposta: 20 operários Sabemos que o lucro (L) é igual a receita (R) menos os custos (C), ou seja: L = R – C. Logo, seu valor será máximo quando a derivada desta diferença anular- se, ou ainda, quando a receita marginal (Rm) igualar-se ao custo marginal (Cm). Justificativa matemática: mmmm CRCRLCRL ==−=−= 0' * * Esta é a condição necessária de otimalidade (anulamento da derivada de primeira ordem). A condição suficiente é que, também ,0'' L no ponto ótimo, o que, em geral pode ser facilmente verificado. Supondo que o lucro máximo ocorra quando a quantidade for qmáx e tendo em vista que o lucro é nulo se a quantidade é nula (constante de integração é nula, k = 0), temos: −=−=−=−= máxmáxmáx q mmmáx q mm L mmmm dxCRLdxCRdLdxCRdLCR dx dL 000 )()()( que representa a área abaixo do gráfico referente à receita marginal e acima do gráfico do custo marginal. Exemplos: 1) Suponha que uma empresa deseje aumentar o número de seus vendedores. Assumindo que pesquisas estatísticas em tal empresa revelam que o custo marginal Cm (em mil reais) para empregar vendedores adicionais expressa- se como função do número de vendedores adicionais x segundo o expressão xCm 5 48 = e a receita marginal Rm (em mil reais) propiciada por tais vendedores por 4042 ++= xRm , calcule o número de vendedores adicionaisnecessários a maximizar o lucro proveniente de tal contratação, bem como o valor do lucro máximo correspondente. Unama – Engenharia de Produção – Prof Me Dioniso Sá 17 Solução: A situação ótima mencionada ocorre quando Rm= Cm, ou seja, ++++=++++=++== 104041 5 12 40440444 5 48 4042 5 48 4* xxxxxxxxCR mm +=+−+=−+++= )404(253025770494045557540455512 2 * xxxxxxxx * Elevando ao quadrado ambos os membros da equação. 76,2~ 49 135 1502025870491000100302577049 22 ====+−+=+− xexxxxxx Retornando à equação original, verifica-se que 2,76 não é raiz (solução) enquanto 15 sim. Logo, o número de vendedores adicionais que maximiza o lucro associado é x = 15. De acordo com a expressão apresentada anteriormente, tal lucro será dado por: = −++=−= 15 00 5 48 4042)( dxxxLdxCRL máx q mmmáx máx 50,34~0 6 64000 0120 6 1000 30 2 3 6,9 )6,9( 2 3 4 )404( 2 15 0 2 3 2 3 =+−−−+= − + += xx x Portanto, a empresa deve contratar 15 vendedores adicionais e terá um lucro máximo de 34,50 mil reais. 2) Se a receita e o custo marginal expressam-se como função da quantidade x respectivamente por Rm = 44 - 9x e Cm = 20 - 7x + 2x 2 encontre a quantidade produzida que maximiza o lucro assim como o lucro total correspondente sob condições de competição perfeita. Resposta: x=3 => L=45. LISTA DE EXERCÍCIOS PROPOSTOS PARA A REVISÃO DOS CONCEITOS Adaptado de MARQUES, Jair Mendes. Matemática Aplicada para cursos de Administração, Economia e Ciências Contábeis. Curitiba: Juruá, 2002. 322p. 1) Uma indústria sabe que o custo marginal de produção de x unidades é de R$ 9x2 - 4x + 300 /unidade. O custo para produzir as duas primeiras unidades foi R$ 800,00. Calcular o custo para produzir as 5 primeiras unidades. Resposta: R$ 2.009,00 2) Determine a função receita total se a função receita marginal é dada por RMg(x) = 0,6x2-10x+50. Resposta: R(x) = 0,2x3 – 5x2 + 50x 3) Em certa indústria, para um nível de produção de x unidades sabe-se que o custo marginal de produção de cada uma é CMg(x) = 3x2 - 12x + 36 reais. Calcule a função custo total sabendo-se que o custo fixo é igual 50. Resposta: C(x) = x3 – 6x2 + 36x + 50 Unama – Engenharia de Produção – Prof Me Dioniso Sá 18 4) Para determinado produto, a função receita marginal é RMg(x) = 40 – 6x. Determine: (a) a receita total; (b) a função demanda. Resposta: (a) R(x) = 40x – 3x2 (b) p = 40 – 3x; 5) A função custo marginal de determinado produto é dada por CMg(x) = 30 + 90x - 3x2. O custo fixo é 80. Determine: (a) a função custo total; (b) a função custo médio; (c) a função custo médio variável. Resposta: (a) C(x) = 30x + 45x2 – x3 + 80; (b) CM(x) = 30 + 45x – x2 + 80/x; (c) Cv(x) = 45x – x2 + 80/x. Unama – Engenharia de Produção – Prof Me Dioniso Sá 19 ANEXOS PRINCIPAIS FÓRMULAS E PROPRIEDADES DAS DERIVADAS Nesta tabela, f, g, u e v são funções deriváveis de x, e k, a e n são constantes 1) [ k ] ’ = 0 2) [ x ] ’ = 1 3) [ k . f ] ’ = k. f ’ 4) [ f g] ’ = f ’ g ’ (sendo válida para mais de duas funções) 5) [ f . g] ’ = f ’ . g + f . g ’ 6) [ x n ] ’ = n . x n -1 7) [ u n ] ’ = n . u n – 1 . u ’ 8) 2 ' g ' g f - g ' f = g f 9) [ a u ] ’ = a u . ln a . u ' (para a > 0 e a 1) 10) [ e u ] ’ = u ' . eu 11) [ u alog ] ’ = aln u ' u (para a > 0 e a 1e u > 0) 12) [ u ln ] ’ = u ' u (para u > 0) 13) [ vu ] ’ = ' vu ln u 'u u v v1-v + (para u > 0) 14) [ sen u ] ’ = u ’ . cos u 15) [ cos u ] ’ = - u ’ . sen u 16) [ tg u ] ’ = u ’ . sec2 u 17) [ cotg u ] ’ = - u ’ . cossec2 u 18) [ sec u ] ’ = u ’ . sec u . tg u 19) [ cossec u ] ’ = - u ’ . cossec u . cotg u Unama – Engenharia de Produção – Prof Me Dioniso Sá 20 20) [ arc sen u ] ’ = u' 1 - u 2 21) [ arc tg u ] ’ = 2u + 1 ' u 22) [ arc cos u ] ’ = 2u - 1 'u − 23) [ arc cotg u ] ’ = 2u + 1 'u − 24) [ arc sec u ] ’ = 1 - u u ' 2 u 25) [ arc cossec u ] ’ = 1 - u u ' 2 − u PRINCIPAIS REGRAS DE DERIVAÇÃO (Neste quadro, u e v são funções deriváveis de x. Por outro lado, k, a, m e n são constantes.) FUNÇÃO DERIVADA 1. ky = com k 0'=y 2. xy = 1'=y 3. uky = com k '' uky = 4. vuy = ''' vuy = 5. muuuuy = ...321 com *Nm '...'''' 321 muuuuy = 6. nuy = com n '' 1 uuny n = − 7. vuy = ''' vuvuy += 8. muuuuy = ...321 com *Nm '.........'...'' 321321321 mmm uuuuuuuuuuuuy +++= 9. v u y = )0( v 2 '' ' v vuvu y − = 10. uay = com )10( aea aauy u ln'' = 11. uey = ueuy = '' 12. u alogy = com )0,10( uaea aln u ' ' = u y 13. uy ln= com 0)(u u ' u ' y = Unama – Engenharia de Produção – Prof Me Dioniso Sá 21 14. vuy = com 0)(u u ln vu ' v 'u 1-vu v ' +=y 15. useny = uuy cos'' = 16. uy cos= usenuy −= '' 17. utgy = uuy 2sec'' = 18. ugy cot= uuy 2seccos'' −= 19. uy sec= utguuy = sec'' 20. uy seccos= uguuy cotseccos'' −= 21. usenarcy = u - 1 ' ' 2 u y = 22. uarcy cos= u - 1 ' ' 2 u y −= 23. utgarcy = 2u + 1 ' ' u y = • Definição de Derivada geral: x xfxxf x y dx df dx dy xfy xx −+ = ==== →→ )()( limlim)( ' ' 00 • Definição de Derivada em um ponto p: px )p(f)x(f lim (p)' f px − − = → • Velocidade Instantânea: )(' lim 0 ts dt ds t s v t i == = → • Aceleração Instantânea: )('' (t)' lim 0 tsv dt dv t v a t i === = → • Equação da reta tangente: )()(')( pxpfpfy −=− Normal: )( )(' 1 )( px pf pfy −−=− FÓRMULAS E PROPRIEDADES DE INTEGRAIS 1) = dx )(kdx )( xfxfk 2) = dx )(dx )(dx )]()([ xgxfxgxf (sendo válida para mais de duas funções) 3) k n nx x + + + = 1 1 dx n (para 1−n ) 4) k x x |x| lndx 1 dx 1 - +== (para 0x ) • Regra da Cadeia: dx du du dy dx dy = • Derivada da função inversa: dx dy dy dx = 1 Unama – Engenharia de Produção – Prof Me Dioniso Sá 22 5) =+ + + + = -1n se , |x|ln -1n se , 1 1 dx n k k n nx x (resumindo as fórmulas (3) e (4)) 6) kx += dx (caso particular da fórmula (3)) 7) k u u |u| lndu ' += (extensão da fórmula (4) += kuduu ln 1 ) 8) kee x += dx x ou kedue uu += 9) k e e += .x .x dx (consequência da fórmula (8))10) k a a += a ln dx x x ( caso geral da fórmula (8)) 11) kee u += du u' u (extensão da fórmula (8)) 12) ku += cos- duu sen 13) ku += sen duu cos 14) k |u cos|ln-duu tg += 15) k |u sen |ln dxu cotg += 16) k u tgduu sec2 += 17) k u cotg-duu cossec2 += 18) k u sec dxu tgu sec += 19) k ucossec-duu cotgu cossec += 20) k u u tgarc du 1 1 2 += + 21) k au a u tgarc 1 du a 1 22 += + (extensão da fórmula (20)) 22) k u usen arc du 1 1 2 += − 23) k u a u sen arc du a 1 22 += − (extensão da fórmula (22)) 24) kaxdx ax +−= − ||ln 1 25) ++= kutguduu |sec|lnsec 26) du sec 3 u = kutguutgu +++ | sec|ln sec 2 1 Unama – Engenharia de Produção – Prof Me Dioniso Sá 23 PRINCIPAIS FÓRMULAS E PROPRIEDADES DAS INTEGRAIS 1) = du )(du )( ufkufk 2) = du )(du )(du )]()([ ugufuguf (sendo válida para mais de duas funções) 3) k n nu u + + + = 1 1 du n (para 1−n ) 4) k u u |u| lndu 1 du 1 - +== (para 0u ) 5) =+ + + + = -1n se , |u|ln -1n se , 1 1 du n k k n nu u (resumindo as fórmulas (3) e (4)) 6) kedue uu += 7) k a a += a ln du u u 8) ku += cos- duu sen 9) ku += sen duu cos 10) k |u cos|ln-duu tg += 11) k |u sen |ln dxu cotg += 12) k u tgduu sec2 += 13) k u cotg-duu cossec2 += 14) k u sec dxu tgu sec += 15) k ucossec-duu cotgu cossec += 16) k u u tgarc du 1 1 2 += + e k u a u tgarc a 1 du a 1 22 + = + 17) k u usen arc du 1 1 2 += − e k u a u sen arc du a 1 22 + = − 18) ++= kutguduu |sec|lnsec e +++= kutguutguduu ]|sec|ln[sec2 1 sec3 19) = du v- vu dvu (integração por partes) 20) kaxdx ax +−= − ||ln 1 • Algumas aplicações das integrais: Unama – Engenharia de Produção – Prof Me Dioniso Sá 24 +=+= == == dy )]('[1oudx )]('[1ArcodeoCompriment dy )]([Voudx )]([VVolume dy )(oudx )(Área 22 22 d c b a d c b a d c b a yfCxfC yfxf yfAxfA • 1cos22 =+ sen 2cos 2 1 2 1 cos2 += 22 sec1 =+ tg DEFINIÇÕES E FORMULÁRIO DE REVISÃO • Definição de Derivada geral: x xfxxf x y dx df dx dy xfy xx −+ = ==== →→ )()( limlim)( ' ' 00 • Definição de Derivada em um ponto p: px )p(f)x(f lim (p)' f px − − = → 1) Equação da Reta Tangente: p)-(x (p) ' )( =− fpfy • Equação da Reta Normal: )( )(p' 1 )( px f pfy −−=− • Velocidade Instantânea: )(' lim 0 ts dt ds t s v t i == = → • Aceleração Instantânea: )('' (t)' lim 0 tsv dt dv t v a t i === = → • Variação da Função: = 0 (x) ' f edecrescent Função 0 (x) ' f constante Função 0 (x) ' f crescente Função • Concavidade da Função: 0 (x) '' f baixo para Voltada 0 (x) '' f cima para Voltada • Ponto de máximo local: 0)(''0)(' = xfexf • Ponto de mínimo local: 0)(''0)(' = xfexf • Ponto de inflexão: 0)('''0)('' = xfexf Unama – Engenharia de Produção – Prof Me Dioniso Sá 25 • Regra da Cadeia: ( ) ( ) = = dx du du dy dx dy xgxgfxgf )(')(']')([ • Regra de L’Hospital: )(' )(' lim )( )( lim 0 0 xg xf xg xf px ou px → → = • Derivada da função inversa: dy dxdx dy 1 = • Derivação Implícita: dy dF dx dF dx dy yxF − == 0),( • Primitivas ou Antiderivadas: • =+= )( f(x)(x) ' Fk F(x) dx )( fDomxxf • Teorema Fundamental do Cálculo (TFC): )()()]([ )( aFbFxFdxxf ba b a −== onde bxaxfxF = ),()(' A integral definida significa, geometricamente, a medida da área da superfície limitada pelo gráfico da curva, pelo eixo dos x e pelas retas x = a e x = b. = b a dxxf )(Área • Integrais aplicações: = == == == FerraudoeRighettoVer xf tvd xfA b a b a b a Revolução de Superfície da Área dx )]([VVolume dt )(Distância dx )(Área 2 • Aplicação Física: == == )( ' )( pois ,dt )()( )( ' )( pois ,dt )()( tvtatatv tstvtvts Nota: As constantes serão determinadas pelas condições iniciais. Unama – Engenharia de Produção – Prof Me Dioniso Sá 26 • Integrais por partes: = = du v- vu dvu ou dx g(x)(x)'f - g(x) f(x) dx (x)'gf(x) • Integração por frações parciais: Seja −− dx xx xP )()( )( , com e P(x) um polinômio. Então: 1) Se o grau de P for estritamente menor que o grau do denominador (grau de P < 2), então: )()()()( )( −+−=−− x B x A xx xP e, assim, −− dx xx xP )()( )( = kxBxA ||ln||ln +−+− Resumindo: Com nm,,,, , temos: kxBxAdx x B dx x A dx xx nmx +−+−= − + − = −− + ||ln||ln)()( 2) Se o grau de P for maior ou igual ao do denominador, precisamos antes fazer a divisão. • ALGUMAS FÓRMULAS ÚTEIS EM CIRCUITOS E MEDIDAS: TENSÃO CORRENTE POTÊNCIA RESISTÊNCIA iRv = R v i = Riivp == 2 INDUTÂNCIA dt di Lv = = dtvL i 1 dt di iLivp == CAPACITÂNCIA = dtiCv 1 dt dv Ci = dt dv vCivp == • POTÊNCIA MÉDIA: = T dtp T P 0 1 onde T é o período e 2 1 == T f • ENERGIA: = 2 1 t t dtpW ou T tW P = • ALGUMAS APLICAÇÕES DO CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL À FÍSICA tvss tt ss t s v t += − − = = = 0 0 0 0 0 e tavv tt vv t v a t += − − = = = 0 0 0 0 0 Unama – Engenharia de Produção – Prof Me Dioniso Sá 27 Se tavv += 0 e em ,0=t temos ,0ss = então: 2 00 2 00 2 1 2 1 )( 0 tatvsskattvdttavs sk ++=++=+= = - SÉRIE DE TAYLOR: Seja f derivável até a ordem n no intervalo I e seja x0 I. O polinômio nn xxxf n xxxfxxxfxxxfxfxP )()( ! 1 ...)()(''' !3 1 )()('' !2 1 )()(')()( 00 )(3 00 2 00000 −++−+−+−+= denomina-se polinômio de Taylor, de ordem n, de f em volta de x0. • Definição de limites: −−== → |)(|0||0/)(,0)(lim px LxfpxseLxf • Limites especiais: 1) 1lim 0 = → x xsen x 2) e x x x = + +→ 1 1lim e x x x = + −→ 1 1lim e ( ) ex x x =+ → 1 0 1lim • CONTINUIDADE: f é contínua em x = p )()(lim pfxf px = → • FUNÇÃO QUADRÁTICA (ou polinomial do 2o grau) y = a . x2 + b . x + c, com a 0 1) 2 x: temos,4b doconsideran e 0 22 a b cacxbxaSe − =−==++ 2) xx xx : temos0 21 21 2 −=+ = =++ a b a c cxbxaSe 3) )()( 21 2 xxxxacxbxa −−=++ 4) Vértice da parábola: V(xv, yv), onde: 2 x x 2 x 21V + = −= a b e a −= 4 yV 5) Decomposição de polinômios: )(...)()()()( 321 nn rxrxrxrxaxP −−−−= 6) Fatorações especiais: )...()( 122321 −−−−− +++++−=− nnnnnnn aaxaxaxxaxax Unama – Engenharia de Produção – Prof Me Dioniso Sá 28 • MÓDULO OU VALOR ABSOLUTO: − = 0 xse x, 0 x se x, || x • SOMATÓRIO: n n i i xxxx +++= = ...21 1 • GEOMETRIA ESPACIAL Prisma: = += AlturaBasedaÁreaVolume BasedaÁreaLateralÁreaTotalÁrea 2 Cilindro: = += == hrVolume LateralÁreaBaseÁreaTotalÁrea hrLateralÁrearBaseÁrea 2 2 ;2 2; Cone: = += == hrVolume LateralÁreaBaseÁreaTotalÁrea grLateralÁrearBaseÁrea 2 2 3 1 ; ; Esfera: = = 3 2 3 4 4 rVolume rÁrea • FUNÇÃO EXPONENCIAL: 1a 0 a ay x = e, • Propriedades das potências: 1) n termos x ... x = xxn 2) nmnm xxx =+ 3) n m nm x x x =− 4) 1 n n x x =− 5) nmm xx = )( n 6) nmn m xx = 7) )0(10 = aa • FUNÇÃO LOGARÍTMICA: +== = +→ ..2,7182818. 1 1lim e :onde ,log x ln ,log x x x e x a x 0 x e 1a e 0 a y Unama – Engenharia de Produção – Prof Me Dioniso Sá 29 • Propriedades logarítmicas: 1) ( ) ( ) ( )B log A log BA log aaa += 2) ( ) ( )B log A log B A log aaa −= 2) ( ) ( ) A log n A log n aa = 4) base) de mudança como (conhecida B log A log log a a=A B 5) xa x a =log e por consequência xe x =ln • GEOMETRIA ANALÍTICA: 1) Duas retas não verticais r e s são paralelas se, e somente se os seus coeficientes angulares forem iguais, isto é: sr mmsr =// 2) Duas retas não verticais r e s são perpendiculares se, e somente se o produto de seus coeficientes angulares for igual a menos um, isto é: 1 −=⊥ sr mmsr ou r s m msr 1 −=⊥ • A equação de uma circunferência de centro C(xc, yc) e raio r é dado por: 222 )()( ryyxx cc =−+− . • Considerando a circunferência com centro na origem, temos: 222 )0()0( ryx =−+− 222 ryx =+ . 2) Equação fundamental da reta: )x-(x p=− myy p , onde x y tgm == 22 xry −= Unama – Engenharia de Produção – Prof Me Dioniso Sá 30 TRIGONOMETRIA - Definições, Relação Fundamental e Algumas Consequências: 1) hip co hipotenusa oposto cateto ==sen 2) hip ca hipotenusa adjacente cateto cos == 3) ca co adjacente cateto oposto cateto ==tg ou cos sen tg = 4) sen g cos cot = ou tg g 1 cot = 5) cos 1 sec = 6) sen 1 cossec = 7) 1 cos 22 =+ sen 8) 22 s tg 1 ec=+ 9) 22 secctg1 osco =+ 10) Soma de arcos: +=− −=+ −=− +=+ bsen asen b cos a cos)(cos bsen asen b cos a cos)(cos a cosbsen b cos a )( a cosbsen b cos a )( ba ba senbasen senbasen 11) Arcos duplos: = −= cossen2 2 cos 2cos 22 sen sen 12) Relação fundamental trigonométrica e consequências: =−=− =+ 2222 22 cos1cos1 1cos senesen sen 13) Consequência da relação fundamental trigonométrica e arcos duplos: −= += 2cos 2 1 2 1 2cos 2 1 2 1 cos 2 2 sen Unama – Engenharia de Produção – Prof Me Dioniso Sá 31 14) Transformação de soma em produto: − + −=− − + =+ + − =− − + =+ 2 2 2coscos 2 cos 2 cos2coscos 2 cos 2 2 2 cos 2 2 qp sen qp senqp qpqp qp qpqp senqsenpsen qpqp senqsenpsen 15) Lei dos Senos e Lei do Cossenos: −+= == Acbcba Csen c Bsen b Asen a ˆcos2 ˆˆ 222
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