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FACULDADE METROPOLITANA DE BLUMENAU – FAMEBLU Campus I: Rua Dr. Pedro Zimmermann, 385 – Salto do Norte - Fone (47) 3321.9000 Campus II: Rua Engenheiro Udo Deeke, 531 – Salto do Norte - Fone (47) 3221.9595 Disciplina: CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL II Professora: Ma. Hiandra Bárbara Götzinger Montibeller INTEGRAÇÃO A derivada e a integral são duas noções básicas do Cálculo Diferencial e Integral. Do ponto de vista geométrico, a derivada está ligada ao problema de traçar a tangente a uma curva enquanto que a integral está relacionada com o problema de determinar a área de certas figuras planas, mas também possui muitas outras interpretações possíveis. Na realidade, a grande descoberta de Newton e de Leibniz foi que a Matemática, além de lidar com grandezas, é capaz de lidar com a variação das mesmas. Nesta disciplina abordaremos a integral. Em primeiro lugar, trataremos da integração indefinida, que consiste no processo inverso da derivação. Em seguida, veremos a integral definida – que é a integral propriamente dita – e sua relação com o problema de determinar a área de uma figura plana, depois o Teorema fundamental do Cálculo. E, por fim, estenderemos o conceito de integral para funções contínuas por partes e abordaremos as integrais impróprias. Objetivos Iniciais: - Entender a integração como o processo inverso da derivação. - Verificar que uma função primitiva pode possuir infinitas funções derivadas. - Definir Antiderivada. - Conhecer as notações utilizadas na integração - Conhecer as propriedades da integração - Conhecer as primeiras fórmulas de integração. INTEGRAL INDEFINIDA DEFINIÇÃO: Uma função F é uma antiderivada de f se F’(x) = f(x) para todo x I. Exemplos: a) Verifique se F(x) = x3 + 4x é a antiderivada de f(x) = 3x2 + 4. b) Verifique se F(x) = 3. cos (8x) é a antiderivada de f(x) = – 24.sen(8x). COMO PODEMOS CALCULAR AS ANTIDERIVADAS? 2 A operação que nos permite encontrar uma antiderivada é denominada antidiferenciação ou integração e, como qualquer operação possui uma notação própria assim como propriedades. DEFINIÇÃO: A notação cxFdxxf onde F’(x) = f(x) e c é uma constante arbitrária, denota a família de todas as antiderivadas de f(x) em um intervalo I. Notação: = sinal de integração chamado INTEGRAL; f(x) = INTEGRANDO; c = CONSTANTE DE INTEGRAÇÃO; dx = símbolo que serve para identificar a variável sobre a qual integrar dxxf Integral Indefinida de f(x) EXEMPLOS: cxxdx 22 porque xx dx cxd 22 2 cxdxx 54 5 1 porque 4 5 5 1 x dx cxd cusenduucos porque u du cusend cos Generalizando: cxFdxxf A partir destes exemplos podemos observar que podemos usar qualquer fórmula de derivada para obter uma fórmula correspondente de integral indefinida. 3 TABELA INICIAL DE INTEGRAÇÃO: DERIVADA INTEGRAL 01) (c)’= 0 cxdxdx1 02) ( )' .x m xm m 1 x dx x m cm m 1 1 (m - 1) Exemplos de utilização da tabela: 1) dxxx 53 2) dx x 3 1 3) dxx 3 2 = 4) dx x xx 2 652 = PROPRIEDADES: Suponha que f(x) e g(x) tenham antiderivadas em um intervalo I. Então: 1) dxxfcdxxfc .. para qualquer constante c. 2) dxxgdxxfdxxgxf 3) dxxgdxxfdxxgxf EXERCÍCIOS INICIAIS Resolva as seguintes integrais: a) dxxx 846 2 b) dxx x x 5 1 2 3 2 c) dyybay 75 d) dx x x 4 5 33 e) dxxx 6.92 3 f) dx x x 1 13 RESPOSTAS: a) = 2x 3 - 2x 2 + 8x + c b) c x x x x 3 .2 5 1 5 .3 33 5 c) = c y b ay 26 2 7 6 d) = c x x 3 6 1 2 e) cx x x 2 3 4 3 4 .27 2 f) cx xx 23 23 4 INTEGRAIS IMEDIATAS A integração é o processo inverso da derivação. Assim como na derivação, temos “regras” de integração para as funções básicas. TABELA DE INTEGRAIS IMEDIATAS Exemplo 1: Exemplo 2: Exemplo 3: Exemplo 4: Exemplo 5: IMPORTANTE: No caso da função potência a integral é especial, pois a primitiva da função é a função . Exemplo 5: Exemplo 6: Exemplo 7: EXERCÍCIOS Nos exercícios a seguir, calcular as integrais indefinidas e, em seguida, derivar as respostas para conferir os resultados. Calcular as integrais indefinidas. Respostas PROBLEMAS COM INTEGRAIS INDEFINIDAS Exemplos 1) Um corpo está se movendo de tal forma que sua velocidade após t minutos é dada pela função v(t) = 3t 2 + 4t + 1 m/min. Que distância o corpo percorre no terceiro minuto? 2) Um botânico descobre que certo tipo de árvore cresce de tal forma que sua altura h(t), após t anos, está variando a uma taxa de 0,06t 2/3 + 0,3t 1/2 metros/ano. Se a árvore tinha 60 cm de altura quando foi plantada, que altura terá após 27 anos? EXERCÍCIOS 1) Estima-se que daqui a t meses a população de certa cidade esteja aumentando à taxa de 4+5t 2/3 habitantes por mês. Se a população atual é 10.000 habitantes, qual será a população daqui a 8 meses? 2) Depois que os freios são aplicados, um carro perde velocidade à taxa constante de 6 metros por segundo. Se o carro está a 65 km/h (18 m/s) quando o motorista pisa no freio, que distância o carro percorre até parar? 3) O valor de revenda de certa máquina diminui a uma taxa que varia com o tempo.A taxa com que o valor está mudando é de – 960 . e-t/5 reais por dia, quando a máquina tem t anos de idade. Se a máquina foi comprada nova por R$ 5.000,00, quanto valerá 10 anos depois? 4) Um corpo está se movendo de tal forma que sua velocidade após t minutos é dada pela função v(t) = 6t 2 + 2t + 3 m/min. Que distância o corpo percorre no segundo minuto?