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EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL CONTEÚDO PROGRAMÁTICO Modelagem com equações diferenciais Equações diferenciais ordinárias lineares Técnica de resolução de EDOs por separação de variáveis (EDOs homonêneas) Técnica de resolução de EDOs pelo fator integrante (EDOs não- homonêneas) Equações exatas Campos vetoriais Gradiente, rotacional, divergente e laplaciano OBS.: ao final deste arquivo existem diversos complementos EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL Bibliografia básica BOYCE, Willian E. ; DIPRIMA, Richard C. Equações diferenciais elementares e problemas de valores de contorno. Rio de Janeiro: Guanabara, 1988. FLEMMING, Diva Marília ; GONÇALVES, Mirian Buss. Cálculo A: funções, limite, derivação, integração. São Paulo: Pearson Education, 2007. GUIDORIZZI, Hamilton Luiz. Um curso de cálculo. Rio de Janeiro: LTC, 2000. v. 1 e 2. STEWART, James. Cálculo. São Paulo: Cengage Learning, c2008. v.1 e 2. Conceitos básicos de equações diferenciais EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL Aplicações de equações diferencias Conceitos básicos de equações diferenciais EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL Aplicações de equações diferencias Conceitos básicos de equações diferenciais EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL Aplicações de equações diferencias Conceitos básicos de equações diferenciais EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL Definição 1: Uma equação cujas incógnitas são funções e que contém, pelo menos, uma derivada ou diferencial dessas funções é denominada de equação diferencial. Definição 2: Se uma equação diferencial só contém diferenciais ou derivadas totais é denominada de equação diferencial ordinária. Definição 3: Se uma equação diferencial contém, pelo menos, uma derivada parcial é denominada de equação diferencial parcial. Conceitos básicos de equações diferenciais EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL Definição 4: Chama-se ordem de uma equação diferencial a ordem da derivada que aparece na equação. Definição 5: O grau de uma equação diferencial é o grau da derivada de maior ordem envolvida na equação. Definição 6: Uma condição inicial é uma condição da solução de uma equação diferencial em um ponto. Definição 7: Uma equação diferencial com uma condição inicial apresentada é chamada problema de valor inicial (PVI). Resolução de equações diferenciais EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL Resolver uma equação diferencial significa determinar as funções que satisfazem tal equação. Dessa forma, é pela integração de uma diferencial que se dá a solução e, geometricamente, as curvas que representam soluções são chamadas curvas integrais. Existem 3 tipos de soluções: Solução geral: é a solução da equação que contém tantas constantes arbitrárias quantas forem as unidades da ordem de integração; Solução particular: é a solução deduzida da solução geral atribuindo-se valores particulares às constantes; Solução singular: é uma solução não deduzida da solução geral e que só existe em alguns casos. Resolução de equações diferenciais EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL Família de soluções y(t) no intervalo IExemplo: Resolução de equações diferenciais EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL EXEMPLOS RESOLVIDOS Resolução de equações diferenciais EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL EXEMPLOS RESOLVIDOS Resolução de equações diferenciais EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL EXEMPLOS RESOLVIDOS Resolução de equações diferenciais EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL EXERCÍCIOS Em cada caso, verificar que a função dada é solução da equação diferencial correspondente e determinar as constantes de modo que a solução particular satisfaça a condição dada: Resolução de equações diferenciais EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL Em cada caso, verificar que a função dada constitui uma solução da equação: EXERCÍCIOS Resolução de equações diferenciais EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL Em cada caso, verificar que a função dada constitui uma solução da equação: EXERCÍCIOS Resolução de equações diferenciais EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL Em cada caso, determinar e a constante de integração c, de modo que y satisfaça a condição dada: EXERCÍCIOS Resolução de equações diferenciais EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL EXERCÍCIOS Equações diferenciais ordinárias de 1ª ordem e 1° grau EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL Equações diferenciais ordinárias separáveis EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL Apresentam-se ou são transformáveis em uma equação do tipo Mdx Ndy 0, onde M e N podem ser: funções de uma variável, produtos com fatores de uma só variável ou constantes. São equações de fácil solução, bastando isolar os termos de x e y e integrar. Resolução de equações diferenciais EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL EXEMPLOS RESOLVIDOS Resolução de equações diferenciais EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL EXEMPLOS RESOLVIDOS Equações diferenciais de variáveis separáveis EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL Exemplos: EXERCÍCIOS Equações diferenciais de variáveis separáveis EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL EXERCÍCIOS Dica: usar técnica da substituição (final deste arquivo) Equações diferenciais de variáveis separáveis EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL Exemplos: Encontre uma expressão para a corrente em um circuito onde a resistência é 12 ohms, a indutância é de 4 H, uma bateria dá uma tensão constante de 60 V, e o interruptor é ligado quando t=0. Qual é o valor limite da corrente? Dica: usar técnica da substituição (final deste arquivo) Equações diferenciais de variáveis separáveis EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL Exercícios: Determine, se possível, a solução geral das seguintes equações diferenciais. Equações diferenciais de variáveis separáveis EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL Exercícios: Resolva os seguintes problemas de valor inicial (PVI): Equações diferenciais separáveis EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL EXEMPLOS Equações diferenciais separáveis EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL EXEMPLOS: aplicação Equações diferenciais lineares de 1ª ordem EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL As equações (diferenciais ordinárias) lineares de 1ª ordem são equações que podem ser escritas como: A resolução desse tipo de equação diferencial se dá de duas formas: Equações em que p(t) = 0 Equações em que p(t) 0 Equações diferenciais lineares de 1ª ordem EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL Equações em que p(t) = 0 Se a função p(t) = 0, tem-se: A solução é calculada como uma equação separada: Exemplo: Equações diferenciais lineares de 1ª ordem EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL Equações em que p(t) 0 Define-se uma função auxiliar, u(t), de forma que ao multiplicarmos a equação geral por esta função, a equação obtida é uma equação linear com p(t) = 0, ou seja, do tipo anterior. Uma função com esta propriedade é chamada fator integrante da equação linear. A função u(t) é calculada conforme se segue: Onde: Equações diferenciais lineares de 1ª ordem EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL Equações em que p(t) 0 Após o cálculo de u(t), multiplica-se na equação geral: Mas o lado esquerdo dessa equação é a derivada de um produto o que faz com que ela possa ser reescrita na forma: Integrando dos dois lados da equação: Exemplo Equações diferenciais lineares de 1ª ordem EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL Equações em que p(t) 0 OBSERVAÇÃO: ao invés de efetuar todos os procedimentos anteriores, pode-se aplicar diretamente a solução direta, conforme equação abaixo Equações diferenciais lineares de 1ª ordem EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL EXEMPLOS RESOLVIDOS Equações diferenciais lineares de 1ª ordem EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL EXEMPLOS RESOLVIDOS Equações diferenciais lineares de 1ª ordem EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL EXEMPLOS RESOLVIDOS Equaçõesdiferenciais lineares de 1ª ordem EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL EXEMPLOS RESOLVIDOS Equações diferenciais lineares de 1ª ordem EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL EXEMPLOS RESOLVIDOS Equações diferenciais lineares de 1ª ordem EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL Equações diferenciais lineares EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL EXEMPLOS Campos de Direção EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL Em geral, suponha que temos uma equação diferencial de primeira ordem da forma: Infelizmente, é impossível resolver a maioria das equações diferenciais no sentido de obter uma fórmula explícita para a solução. Apesar da ausência de um solução explícita, ainda podemos aprender muito sobre a solução através de uma abordagem gráfica (campos de direção) ou uma abordagem numérica (método de Euler). Onde F(x,y) é uma expressão em x e y. A equação diferencial diz que a inclinação de uma curva de solução num ponto (x,y) da curva é F(x,y). Se desenharmos segmentos de linha curtos com inclinação F(x,y) em vários pontos (x,y), o resultado é chamado de campo de direção. Esses segmentos de linha indicam a direção na qual uma curva da solução está. O campo de direção nos ajuda a visualizar a forma geral dessas curvas. Campos de Direção EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL STEWART, James. Cálculo. São Paulo: Cengage Learning, c2008. v.1 e 2. Campos vetoriais EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL GRADIENTE Chamamos de campos vetoriais, basicamente, as funções que associam vetores a pontos no plano ou no espaço. Podemos associá-los a várias grandezas físicas, como velocidade, temperatura, força, eletricidade etc. Em geral, um campo vetorial é uma função com domínio: pontos em R2 ou R3 e imagem: vetores em V2 ou V3. Campos vetoriais EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL Campos vetoriais EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL GRADIENTE O operador diferencial ( ) é definido como: O vetor gradiente é obtido aplicando o operador em um campo escalar. Campos vetoriais EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL DIVERGENTE ROTACIONAL Rotacional e divergente são duas operações essenciais nas aplicações de cálculo vetorial em mecânica dos fluidos, eletricidade e magnetismo, entre outras áreas. Em termos gerais, o rotacional e o divergente lembram a derivada mas produzem, respectivamente, um campo vetorial e um campo escalar. Ambas operações são descritas em termos do operador diferencial . Campos vetoriais EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL DIVERGENTE Fisicamente, o divergente é interpretado como um fluxo pontual. Campos vetoriais EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL ROTACIONAL Fisicamente, o rotacional é interpretado como uma circulação no espaço. Campos vetoriais EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL EXEMPLOS Campos vetoriais EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL LAPLACIANO O operador Laplaciano é um escalar definido como divergente de um campo gradiente. Fisicamente, o Laplaciano é interpretado como a concavidade no comportamento da função . Uma função escalar é harmônica se essa função for de classe R² e se satisfizerem a Equação de Laplace: Equações diferenciais exatas EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL Teorema: Sejam M e N funções contínuas e deriváveis. Mdx + Ndy = 0 é diferencial exata se, e somente se, Exemplo: Verificar se a equação (x² - y²)dx 2xydy 0 é diferencial exata. Integrais de linha EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL Nesta seção, definimos uma integral que é semelhante a uma única integral, exceto que em vez de integrar ao longo de um intervalo [a,b], nós integramos sobre uma curva. Essas integrais são chamadas Integrais de linha. Elas foram inventados para resolver problemas envolvendo fluxo de fluidos, forças, eletricidade e magnetismo. Esse assunto não será cobrado nesta edição de PRA Integrais de linha EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL Integrais de linha EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL Para calcular uma integral de linha, é necessário conhecer a equação da curva C, a qual pode ser dada na forma cartesiana ou paramétrica. A forma cartesiana é mais utilizada, quando a curva C é o gráfico de uma função y=g(x). Já a forma paramétrica, abrange o caso geral, tanto para gráficos de função ou não. Integrais de linha EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL Integrais de linha EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL Integral de linha para 2 coordenadas: Integral de linha para 3 coordenadas: Integrais de linha EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL Exercícios propostos: 1 2 3 Integrais de linha EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL Exercícios propostos: 4 Continuação: Integrais de linha EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL Exercícios propostos: 5 Continuação: Integrais de linha EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL Exercícios propostos: Integrais de linha EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL Continuação: Exercícios propostos: Integrais de linha EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL Continuação: Exercícios propostos: Integrais de linha EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL Exercícios propostos: Integrais de linha EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL Continuação: Exercícios propostos: Integrais de linha EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL Exercícios propostos: Calcule a integral de linha, onde C é a curva dada EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL MATERIAL COMPLEMENTAR DERIVADAS Conceitos básicos de derivação CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL III Derivada de uma função Conceitos básicos de derivada CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL III Exemplo 1. Suponhamos que a temperatura de uma sala seja f(x) = x2 hCxf x xx x x f x xx /º2)1(lim)1(' 1 )1)(1( lim 1 1 lim)1(' 1 1 2 1 0 0 0 0 )()( limlim)(' 0 xx xfxf x y xf xxx Conceitos básicos de derivada CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL III Exemplo 2 Determinar a derivada da função f(x) = 2x2 no ponto x0 = 3, ou seja, 3). Temos: x0 = 3 e f(x0) = f(3) = 2.32 = 18 Conceitos básicos de derivada CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL III Exemplo 3 Determinar a derivada da função f(x) = x2 - 6x no ponto x0 = 2, ou seja, 2). Temos: x0 = 2 e f(x0) = f(2) = 22 6.2 = -8 Conceitos básicos de derivação Regras de derivação CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL III EXEMPLO DA DERIVADA DE UMA FUNÇÃO CONSTANTE: CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL III a) b) c) a) b) c) EXEMPLO DA DERIVADA DE UMA FUNÇÃO ALGÉBRICA: CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL III EXEMPLO DA DERIVADA DE UMA FUNÇÃO ALGÉBRICA: CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL III EXEMPLO DA DERIVADA DE UMA FUNÇÃO EXPONENCIAL: CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL III Seja f(x) = ax, sua derivada é: ax . ln(a) Seja f(x) = ex, sua derivada é a própria x. CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL III EXEMPLO DA DERIVADA DE UMA FUNÇÃO LOGARÍTMICA Seja f(x) = lnx, sua derivada é; . Seja f(x) = loga(x), sua derivada é; ln(a) CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL III EXEMPLO DA DERIVADA DE UMA FUNÇÃO TRIGONOMÉTRICA: Conceitos básicos de derivação CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL III Propriedades de derivação Regra da soma Regra do produto Regra da divisão Regra da cadeia Regra da multiplicação por escalar Conceitos básicos de derivação CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL III Propriedades de derivação Regra da soma EXERCÍCIOS RESOLVIDOS Conceitos básicos de derivação CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL III Propriedades de derivação Regra da multiplicação por escalar EXERCÍCIOS RESOLVIDOS Conceitos básicos de derivação CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL III Propriedades de derivação EXERCÍCIOS RESOLVIDOS Regra do produto Conceitos básicos de derivação CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL III Propriedades de derivação EXERCÍCIOS RESOLVIDOS Regra do produto Conceitos básicos de derivação CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL III Propriedades de derivação EXERCÍCIOS RESOLVIDOS Regra da divisão Conceitos básicos de derivação CÁLCULODIFERENCIAL E INTEGRAL III Propriedades de derivação EXERCÍCIOS RESOLVIDOS Regra da cadeia Conceitos básicos de derivação CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL III Propriedades de derivação EXERCÍCIOS RESOLVIDOS Regra da cadeia Conceitos básicos de derivação CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL III Propriedades de derivação EXERCÍCIOS RESOLVIDOS Regra da cadeia Conceitos básicos de derivação CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL III Propriedades de derivação EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL MATERIAL COMPLEMENTAR VETORES Conceitos básicos álgebra vetorial EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL Notação vetorial Conceitos básicos álgebra vetorial EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL Produto escalar CONCLUSÃO: Conceitos básicos álgebra vetorial EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL Produto vetorial Duas regras práticas: determinante da matriz EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL MATERIAL COMPLEMENTAR ÁLGEBRA Conceitos básicos de álgebra EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL RADICIAÇÃOEXPONENCIAÇÃO Conceitos básicos de álgebra EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL FUNÇÃO EXPONENCIAL y = ex se, e somente se, x = ln(y) ln(ex) =x ex+y= ex.ey ex-y = ex/ey ex.k = (ex)k Conceitos básicos de álgebra EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL PRODUTOS NOTÁVEIS EQUAÇÃO DO SEGUNDO GRAU: FÓRMULA DE BHÁSKARA ax² + bx + c = 0 Conceitos básicos de álgebra EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL a c xx 21 EQUAÇÃO DO TERCEIRO GRAU: Relações de Girard Conceitos básicos de álgebra EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL IDENTIDADES TRIGONOMÉTRICAS Conceitos básicos de álgebra EQUAÇÕES DIFERENCIAIS E CÁLCULO VETORIAL EXEMPLOS DE AVALIAÇÃO QUESTÃO 1 Seja a equação diferencial não-linear de segunda ordem mostrada baixo, verifique se a função y indicada é solução da equação diferencial e determine o valor dos coeficientes A e B por meio das condições iniciais e . QUESTÃO 2 Resolver a EDO de 1ª ordem homogênea ao lado com a condição inicial y( ) = 5. QUESTÃO 3 Calcule o rotacional do campo vetorial F abaixo e aplique no ponto P(1,-1,2). +3y²z² QUESTÃO 4 Calcule o divergente do campo vetorial F abaixo e aplique no ponto P(1,2,-2). +3xz² QUESTÃO 1 Determine qual ou quais das funções y1 e y2 abaixo são soluções da equação diferencial. Aquela que for solução, calcule o valor da constante C para a condição y(2)=8. QUESTÃO 2 Resolver a EDO de 1ª ordem homogênea ao lado com a condição y(1) = 4. QUESTÃO 3 Calcule o rotacional e o divergente da função F abaixo e aplique no ponto P(1,-1,2). +3x²y²z² QUESTÃO 4 Calcule a integral sobre a curva C, onde C representa uma superfície circular cujas equações paramétrica são: , entre os pontos P1(1,0,0) e P2(1,2; ). MATERIAL COMPLEMENTAR INTEGRAIS Antiderivação e Integração Antiderivação é uma operação que consiste em encontrar uma função F(x), cuja derivada é uma função conhecida f(x). Se a função F(x) existir, ela é chamada antiderivada de f(x). Exemplo Seja . Uma antiderivada de f(x) é: , pois Costuma-se chamar a operação de antiderivação também por integração e a antiderivada de integral. Conceitos básicos de integração Integral de uma função CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL III PRA Antiderivação e Integração Todas as integrais indefinidas devem ter o complemento +C em sua solução pois muitas funções têm a mesma derivada; A integral indefinida é aquela para a qual não foi definida um intervalo de valores, portanto, ela é uma função ou família de funções; A integral definida é aquela definida dentro de um certo intervalo e calculada neste intervalo, portanto, ela é um número. Conceitos básicos de integração Integral de uma função CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL III PRA Integral Indefinida A operação que envolve uma integral indefinida consiste em achar sua primitiva, ou seja, é a mesma operação que consiste em achar uma antiderivada. O que muda então? A notação! Para denotar a integral de uma função passaremos a utilizar a seguinte notação: Seja . Uma primitiva de f é: Pois . Assim, a nova notação estabelece que: Conceitos básicos de integração Integral de uma função CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL III PRA Exemplo A integral de é: A integral de é: A integral de é: A integral de é: Conceitos básicos de integração Integral de uma função CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL III PRA Definição simbólica Se F(x) é uma primitiva de f(x), a expressão F(x) + C é chamada integral indefinida da função f(x) e é representada pela expressão: O símbolo dx que aparece na fórmula serve para identificar a variável sobre a qual se processa a integração. Conceitos básicos de integração Integral de uma função CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL III PRA Exemplo Significa que a operação de integração incide sobre a variável x . Significa que a operação de integração incide sobre a variável y . Conceitos básicos de integração Integral de uma função CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL III PRA Conceitos básicos de integração Integral de uma função Sabemos que a derivada é um dos conceitos mais importantes do Cálculo. Outro conceito também muito importante é o de Integral. Existe uma estreita relação entre estas duas ideias. CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL III PRA Resumindo: Conceitos básicos de integração Integral de uma função CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL III PRA Qual o significado da constante C? Resumindo: Conceitos básicos de integração Integral de uma função CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL III PRA Observe: após resolver o cálculo da integração, os símbolos da integral e a diferencial não são copiados no resultado! Resumindo: Conceitos básicos de integração Regras de integração CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL III PRA INTEGRAIS IMEDIATAS PROPRIEDADES Conceitos básicos de integração Resumo CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL III PRA Conceitos básicos de integração Propriedades de integração (Multiplicação por uma constante: coloca-se a constante fora da integral) (A integral de uma soma de função pode ser calculada pela soma da integral de cada função) (A derivada de uma integral resulta na própria função do integrando) CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL III PRA Conceitos básicos de integração CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL III PRA Calcular EXEMPLO Integral de uma função constante Uma primitiva de uma função constante f(x) = k, é a função linear F(x) = k.x, pois k.x . Logo: Exemplo Conceitos básicos de integração Regras de integração: exemplos de aplicação CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL III PRA Integral de uma função potência Seja, por exemplo, f(x) = x4. Uma primitiva de f(x) é pois = x4. Logo: Portanto, uma primitiva da função f(x) = xn, com n -1, é a função Conceitos básicos de integração Regras de integração: exemplos de aplicação CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL III PRA Caso especial de Integral de uma função potência Seja, por exemplo, f(x) = x-1 = 1/x. Uma primitiva de f(x) = 1/x é a função F(x) = ln|x|, portanto: Conceitos básicos de integração Regras de integração: exemplos de aplicação CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL III PRA Propriedades Integral da soma Exemplo 2 2x+ + + C Conceitos básicos de integração Regras de integração: exemplos de aplicação CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL III PRA Propriedades Integral da diferença Exemplo - + C Conceitos básicos de integração Regras de integração: exemplos de aplicação CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL III PRA EXEMPLOS RESOLVIDOS Conceitos básicos de integração Propriedades de integração CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL III PRA EXEMPLOS RESOLVIDOS Conceitos básicos de integração Propriedades de integração CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL III PRA EXEMPLOS RESOLVIDOS Conceitos básicos de integração Propriedades de integração CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL III PRA CÁLCULO DA CONSTANTE DE INTEGRAÇÃOConceitos básicos de integração Propriedades de integração CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL III PRA Dada uma função y = F(x), em que f '(x) é sua derivada, sabemos que a integral da derivada de f'(x) é uma função F(x), sendo a integral dessa função igual a F(x) + C. Deste modo, temos infinitas funções que se diferenciam através da constante C, sendo que se for dado F(x0) = y0, poderemos determinar o valor da constante. CÁLCULO DA CONSTANTE DE INTEGRAÇÃO Conceitos básicos de integração Propriedades de integração CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL III PRA Seja F(x) uma função onde sua derivada Calcular o valor de F(x) que satisfaça a condição inicial F(-1) = 1. Passo 1: integrar a função CÁLCULO DA CONSTANTE DE INTEGRAÇÃO Conceitos básicos de integração Propriedades de integração CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL III PRA Passo 2: aplicar a condição inicial F(-1) = 1. Passo 3: apresentar a função: CÁLCULO DA CONSTANTE DE INTEGRAÇÃO: EXEMPLOS Conceitos básicos de integração Propriedades de integração CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL III PRA Determine o valor da constante das integrais das equações abaixo: F(4) = 0 F(4) = 0 CÁLCULO DA CONSTANTE DE INTEGRAÇÃO: EXEMPLOS Conceitos básicos de integração Propriedades de integração CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL III PRA Determine o valor da constante das integrais das equações abaixo: INTEGRAL DEFINIDA CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL III PRA INTEGRAL DEFINIDA CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL III PRA EXEMPLO INTEGRAL DEFINIDA CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL III PRA EXEMPLO INTEGRAL DEFINIDA CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL III PRA EXEMPLO Resultado: Conceitos básicos de integração Técnicas de integração Integração por substituição CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL III PRA Essa método é geralmente utilizado quando há função composta no integrando, cuja resolução não se dá de forma direta. Passo 1. Considere u = g(x), onde g(x) é parte do integrando, em geral função da função composta f(g(x)). Passo 2. Calcule du = dx. Passo 3. Use a substituição u = g(x) e du = dx para converter a integral em uma outra envolvendo apenas u. Passo 4. Calcule a integral resultante. Passo 5. Substitua u por g(x) para obter a solução final como função de x. Conceitos básicos de integração Técnicas de integração Substituição: EXEMPLO Passo 1. Considere u = g(x), onde g(x) é parte do integrando, em geral função da função composta f(g(x)). No caso acima, tem-se: Passo 2. Calcule du = dx. CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL III PRA Passo 3. Use a substituição u = g(x) e du = dx para converter a integral em uma outra envolvendo apenas u. Passo 4. Calcule a integral resultante. Passo 5. Substitua u por g(x) para obter a solução final como função de x. CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL III PRA Conceitos básicos de integração Técnicas de integração Substituição: EXEMPLO CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL III PRA Conceitos básicos de integração Técnicas de integração Substituição: EXEMPLO CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL III PRA Conceitos básicos de integração Técnicas de integração Substituição: EXEMPLO CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL III PRA Conceitos básicos de integração Técnicas de integração Substituição: EXEMPLO CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL III PRA Conceitos básicos de integração Técnicas de integração Substituição: EXEMPLO
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