Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
UNIVERSIDADE METODISTA DE ANGOLA FACULDADE DE CIÊNCIAS JURÍDICAS E SOCIAIS CURSO DE GESTÃO E ADMINISTRAÇAO DE EMPRESAS / APONTAMENTOS DE MATEMÁTICA II UNIVERSIDADE METODISTA DE ANGOLA FACULDADE DE CIÊNCIAS JURÍDICAS E SOCIAIS CURSO DE GESTÃO E ADMINISTRAÇAO DE EMPRESAS / APONTAMENTOS DE MATEMÁTICA II Por: Humberto da Rosa Filipe Luanda, 2021 FACULDADE DE CIÊNCIAS JURÍDICAS E SOCIAIS CURSO DE GESTÃO E ADMINISTRAÇAO DE EMPRESAS / IºANO MATEMÁTICA II UMA -Faculdade de Ciências Jurídicas e Sociais Humberto da Rosa Filipe Página 2 OBJECTIVOS: Desenvolver a capacidade de raciocínio e proporcionar os fundamentos básicos dos métodos quantitativos, usualmente aplicados nas áreas de Economia e Gestão; Integração dos conteúdos programáticos nas acções do plano de formação, no contexto das diversas disciplinas relacionadas com a Matemática; Desenvolvimento de actividades de preparação de forma a relacionar a Matemática com outras disciplinas curriculares; Usar correctamente a linguagem Matemática no desenvolvimento de técnicas de cálculo que permitam criar ou aprofundar conhecimentos essenciais à continuação de estudos nos anos posteriores. MATEMÁTICA II UMA -Faculdade de Ciências Jurídicas e Sociais Humberto da Rosa Filipe Página 3 Índice OBJECTIVOS: .............................................................................................................................. 2 1. FUNÇÕES REAIS DE VARIÁVEL REAL. LIMITES E CONTINUIDADES. ................. 4 1.1. Noções topológicas em ℝ. ............................................................................................. 4 1.2. Funções reais de variável real: generalidades. ............................................................ 10 1.3. Conceito de limites. Algumas propriedades. ............................................................... 13 1.3.1. Breve revisão sobre sucessões de números reais. ................................................ 13 1.3.2. Limites de sucessões ........................................................................................... 22 1.3.3. Limites de funções .............................................................................................. 27 1.4. Continuidade e descontinuidade de uma função num ponto. ...................................... 29 MATEMÁTICA II UMA -Faculdade de Ciências Jurídicas e Sociais Humberto da Rosa Filipe Página 4 1. FUNÇÕES REAIS DE VARIÁVEL REAL. LIMITES E CONTINUIDADES. 1.1. Noções topológicas em ℝ. Admitiremos a existencia de um conjunto ℝ cujos elementos chamaremos números reais, no qual supomos definidas duas operações, uma chamada adição e outra multiplicação. Propriedades dos números reais Comutatividade da adição e da multiplicação. ∀�, � ∈ ℝ, tem-se: i. � + � = � + �; ii. � × � = � × � Associatividade da adição e da multiplicação. ∀�, �, � ∈ ℝ, tem-se: i. � + (� + �) = (� + �) + �; ii. � × (� × �) = (� × �) × �; Distribuitividade da multiplicação em relação a adição. ∀�, �, � ∈ ℝ, tem-se: � × (� + �) = � × � + � × � Existência do elemento neutro. i. � + 0 = �, 0 é o elemento neutrona adição; ii. � × 1 = �, 1 é o elemento neutro da multiplicação. Elemento simétrico. � + (−�) = 0 , −� é o elemento simétrico. Elemento absorvente. � × 0 = 0, 0 é o elemento absorvente. Intervalos numéricos: são subconjuntos da recta real. Sendo � e � números reais, com � ≤ �, tem-se: Intervalo fechado: é o conjunto dos números reais que satisfazem a condição {� ∈ ℝ: � ≤ � ≤ �} ou [�, �] . MATEMÁTICA II UMA -Faculdade de Ciências Jurídicas e Sociais Humberto da Rosa Filipe Página 5 Intervalo aberto: é o conjunto dos números reais que satisfazem a condição {� ∈ ℝ: � < � < �} ou ]�, �[ Intervalos semi-abertos à esquerda: � < � ≤ � ou ]�, �] Intervalos semi-abertos à direita: � ≤ � < � ou [�, �[ Intervalos ilimitados: {� ∈ ℝ: � ≤ �} ou ]−∞, �]; {� ∈ ℝ: � < �} ou ]−∞, �[; {� ∈ ℝ: � ≥ �} ou [�, +∞[; {� ∈ ℝ: � > �} ou ]�, +∞[; Majorante, minorante e conjunto limitado Sejam �, � ∈ ℝ; � < � e � ⊂ ℝ. Dizemos que � é majorante de �, se � ≤ �, ∀� ∈ �. Exemplo: � = ]−2; 5] → 5 é majorante do conjunto � e [5, +∞[ é o conjunto de todos os majorantes do conjunto �. Dizemos que � é minorante de �, se � ≥ �, ∀� ∈ �. Exemplo: � = ]−2; 5] → −2 é minorante do conjunto � e ]−∞, −2] é o conjunto de todos os minorantes de �. Chama-se conjunto limitado (ou acotado) se, e só se, tem um majorante e um minorante. Máximo e mínimo de um conjunto Dado o conjunto �. Se � é um minorante e � ∈ �, dizemos que � é um minimo de � e denotamos por � = ����. MATEMÁTICA II UMA -Faculdade de Ciências Jurídicas e Sociais Humberto da Rosa Filipe Página 6 Se � é um majorante e � ∈ �, dizemos que � é um máximo de � e denotamos por � = �á��. Exemplo: � = ]−2; 5] → �á�� = 5 e não tem mínimo; [−2; 5[ → ���� = −2 e não tem máximo; [−2; 5] → �á�� = 5 e ���� = −2. Supremo e infimo de um conjunto � � � � � Seja � ⊂ ℝ. Seja � o conjunto dos majorantes de �. Se � tem minimo �, então � é chamado supremo de � e denota-se por � = ����. Seja � o conjunto dos minorantes de �. Se � tem máximo �, então � é chamado ínfimo de � e denota-se por � = ����. Então, �á�� = ���� e ���� = ����, sempre que existirem. Módulo ou valor absoluto ∀� ∈ ℝ, definimos o módulo de � por |�| = � � , �� � ≥ 0 −� , �� � < 0 � Propriedades: 1) |�| ≥ 0 e |�| = 0 ⇔ � = 0; 2) |�|� = ��; 3) |�| = √��; 4) |� + �| ≤ |�| + |�|; 5) |��| = |�||�|; 6) |�| |�| = � � � �; MATEMÁTICA II UMA -Faculdade de Ciências Jurídicas e Sociais Humberto da Rosa Filipe Página 7 7) |�| = |�| ⇔ � = ±�; 8) |�| = � ⇔ � = ±�; 9) |�| ≤ � ⇔ −� ≤ � ≤ �; 10) |�| ≥ � ⇔ � ≤ −� ou � ≥ �. Exemplo Achar o conjunto solução das seguintes condiçõs: a) |4� − 6| ≤ 3; b) |3� + 5| > 2; c) |2� + 4| = 6; d) |3� + 1| = |� + 4| Vizinhança Seja �� ∈ ℝ e � ∈ ℝ �, chama-se vizinhnça � de �� , e designa-se por ��(��), ao conjunto de todos os números reais � cuja distância à �� é menor que �. ��(��) = {� ∈ ℝ: �(�, ��) < �} = {� ∈ ℝ: |� − ��| < �} = {� ∈ ℝ: �� − � < � < �� + �}. Geometricamente, tem-se: Exemplo: Calcule ��,�(2). Resolução: ��,�(2) = {� ∈ ℝ: �(�, 2) < 0,5} = {� ∈ ℝ: |� − 2| < 0,5} = {� ∈ ℝ: 2 − 0,5 < � < 2 + 0,5} = {� ∈ ℝ: 1,5 < � < 2,5}. Geometricamente: MATEMÁTICA II UMA -Faculdade de Ciências Jurídicas e Sociais Humberto da Rosa Filipe Página 8 Ponto interior, ponto exterior, ponto fronteiro, ponto de acumulação e ponto aderente de um conjunto. Ponto interior: Seja � ⊂ ℝ e �� ∈ ℝ �, se ∃� > 0: ��(��) ⊂ �, diz-se que o ponto �� é interior do conjunto �. Exemplo: � = ]−2; 5], 1 é um ponto interior de �. Ponto exterior: Diz-se que �� é ponto exterior do conjunto �, se ∃� > 0: ��(��) ∩ � = ∅. Exemplo: � = ]−2; 5], 6 é um ponto exterior de �. Ponto fronteiro: Chama-se ponto fronteiro de �, a qualquer ponto �� ∈ ℝ que não seja interior nem exterior do conjunto �. Exemplo: � = ]−2; 5], ������ = {−2; 5}. Ponto de acumulação: Diz-se que um ponto �� ∈ ℝ é ponto de acumulação do conjunto � se, e só se, qualquer vizinhança de �� tem pelo menos um ponto distinto �� do conjunto �. Então: �� é ponto de acumulação ⇔ ∀� > 0, ��(��) ∩ (� ∖ {��}) ≠ ∅. Exemplo:Dado o conjunto � = ]−2; 5], tem-se: −2 é um ponto de acumulação do conjunto �; 5 é um ponto de acumulação do conjunto �; Qualquer número pertencente ao conjunto, também é um ponto de acumulação do conjunto �; Obs: O ponto de acumulação pode ou não pertencer ao conjunto. Conjunto derivado de �: É o conjunto de todos os pontos de acumulação e designa-se por �,. Exemplo: se � = ]−2; 5], então, �, = [−2; 5]. Pontos aderentes: chama-se aderência ou fecho do conjunto �, a união do interior com o fronteiro do conjunto � e designa-se por ��. �� = (����) ∪ (������). Exemplo: achar ��, se � = [−2; 5]. Resolução: ���� = ]−2; 5[ , ������ = {−2; 5}, logo, ��=[−2; 5]. MATEMÁTICA II UMA -Faculdade de Ciências Jurídicas e Sociais Humberto da Rosa Filipe Página 9 Exercícios: 1. Dados os conjuntos � = {� ∈ ℝ: �� − 5� + 6 ≤ 0} e � = ]−5; 7], indica: a) O majorante e o minorante; b) O conjunto dos minorantes e dos majorantes; c) O máximo e o mínimo; d) O supremo de K, supremo de A, ínfimo de K e o ínfimo de A. e) O conjunto interior de K, o exterior de K e o fronteiro de K. f) O conjunto derivado de K e o fecho de K MATEMÁTICA II UMA -Faculdade de Ciências Jurídicas e Sociais Humberto da Rosa Filipe Página 10 1.2. Funções reais de variável real: generalidades. Definição1: a) Dados dois conjuntos A e B, chama-se função definida em A com valores em B, a toda a correspondência entre A e B que a cada elemento de A faça corresponder um e um só elemento de B. ao conjunto A chama-se domínio da função. b) Reprsenta-se a função por � = �(�) em que � é a variável independente e toma valores em A (� ∈ �) e � é a variavel dependente, pois os seus valores dependem dos valores que toma a variável �, que toma valores em B (� ∈ �). c) A expressão ou fórmula que traduz o modo como a variável � depende da variavel � chama-se expressão analítica ou representação analítica da função �. d) Uma função � diz-se real de variável real quando A e B são subconjuntos de ℝ. Representa-se por: �: � → �, onde �, � ⊂ ℝ. Definição 2: Seja � uma função real de variável real. a) Chama-se domínio de definição ou campo de existência de � ao conjunto de todos os valores reais que têm imagem pela função �, isto é, ao conjunto dos números reais para os quais a expressão analítica de � está bem definida. b) Chama-se contradomínio de � ao conjunto dos valores reais que são imagem pela função � dos elementos do domínio. É o domínio da função inversa. Definição 3: Dada uma função �: � ⊂ ℝ → ℝ, chama-se gráfico da função � ao conjunto {(�, �): � ∈ �, � ∈ ℝ, � = �(�)}. Definção 4: Uma função �: � ⊂ ℝ → ℝ diz-se: a) Crescente se � < � ⟹ �(�) ≤ �(�); b) Estritamente crescente se � < � ⟹ �(�) < �(�); c) Decrescente se � < � ⟹ �(�) ≥ �(�); d) Estritamente decrescente se � < � ⟹ �(�) > �(�). MATEMÁTICA II UMA -Faculdade de Ciências Jurídicas e Sociais Humberto da Rosa Filipe Página 11 Definição 5: uma função diz-se: a) Monótona se é crescente ou decrescente. b) Estritamente monótona se é estritamente crescente ou estritamente decrescente. Definição 6: Uma função �: � ⊂ ℝ → ℝ diz-se: a) Par se �(−�) = �(�), ∀� ∈ �. b) Ímpar se �(−�) = −�(�), ∀� ∈ �. Definição 7: Sejam �: � ⊂ ℝ → ℝ e � ∈ �, ∀� ∈ �. a) Diz-se que �(�) é um máximo de � se �(�) ≤ �(�). A � chama-se ponto de máximo. b) Diz-se que �(�) é um mínimo de � se �(�) ≥ �(�). A � chama-se ponto de mínimo. Ao máximo e ao mínimo chamam-se de extremos da função. Definição 8: Uma função �: � ⊂ ℝ → ℝ diz-se limitada se ∃� ∈ ℝ�: |�(�)| ≤ �, ∀� ∈ �. Por outras palavras, � é função limitada se o seu contradomínio é um conjunto limitado. Definição 9: Chama-se zeros da função � aos elementos � do domínio, tais que �(�) = 0. Definição 10: Uma função �: � ⊂ ℝ → � ⊂ ℝ diz-se: a) Injectiva se � ≠ � ⟹ �(�) ≠ �(�); b) Sobrejectiva se ∀� ∈ �, ∃� ∈ �: �(�) = �; ou seja, � ≠ � ⟹ �(�) = �(�) c) Bijectiva se é injectiva e sobrejectiva. MATEMÁTICA II UMA -Faculdade de Ciências Jurídicas e Sociais Humberto da Rosa Filipe Página 12 Exercícios: Para cada uma das funções � = 2� − 4, � = �� − 2� − 3, � = ��� ��� , � = 2sin(�), � = cos(�) e � = log�(�) determine: a) Os zeros; b) O domínio; c) O contradomínio; d) A paridade ou simetria; e) A monotonia; f) O gráfico; g) Os extremos; h) A injectividade. MATEMÁTICA II UMA -Faculdade de Ciências Jurídicas e Sociais Humberto da Rosa Filipe Página 13 1.3. Conceito de limites. Algumas propriedades. 1.3.1. Breve revisão sobre sucessões de números reais. Definição: Sucessão de números reais é uma enumeração ou série consecutiva dos números reais que podem determinar segundo uma lei de formação bem determinada. Representamos uma sucessão por��; ��; ��; … ; �� … �: ℕ ⟶ ℝ � ⇢ �(�) = �� Onde: ��é o termo geral (ou n-ésimo termo) da sucessão; � é a ordem ou número de termos da sucessão. Exemplos de sucessões: i. 1; � � ; � � ; � � ; … ; � � ; … ⟹ �� = � � ; ii. 1; 4; 9; 16; … ; �� ⟹ �� = � �; iii. 1; 3; 5; 7; … ; 2� − 1; … ; �� = 2� − 1 Sucessões monótonas Uma sucessão de termo geral �� diz-se monótona quando é crescente ou decrescente. Uma sucessão é monótona crescente se, e só se: ���� > ��ou ���� − �� > 0; Uma sucessão é monótona decrescente se, e só se: ���� < ��o u���� − �� < 0; Uma sucessão é não monótona, ou seja, é constante se, e só se: ���� = ��ou���� − �� = 0 MATEMÁTICA II UMA -Faculdade de Ciências Jurídicas e Sociais Humberto da Rosa Filipe Página 14 Sucessões limitadas (acotadas) Uma sucessão ��diz-se limitada se, e só se, o conjunto dos seus termos for limitado, isto é, se for majorado e minorado: � ≤ �� ≤ � Onde: � é o minorante; � é o majorante. Exemplo: Mostre que a sucessão de termo geral �� = ��� ���� é monótona crescente e limitada. Resolução: Progressão Aritmética (PA): Definição: Uma sequência de números reais é chamada de Progressão Aritmética quando a diferença entre cada termo, a partir do segundo, e o termo anterior é constante. Ou seja: �� é uma ProgressãoAritmética se ,e só se: ���� − �� = �, ∀� ∈ ℕ e � é uma constante. Ao número � chama-se razão da progressão aritmética e deve ser igual para todos os casos. Exemplo: 1) Os números 6, 10, 14, 18, … formam uma P.A. de termo geral �� = 4� + 2 e razão � = 4; 2) Os números −1, −4, −7, −10, … formam uma P.A. de termo geral �� = 2 − 3� e razão � = −3; Termo geral de uma Progressão Aritmética O termo geral �� de uma P.A. conhecidos o primeiro termo �� e a razão � é calculado pela fórmula: �� = �� + (� − �) × �. MATEMÁTICA II UMA -Faculdade de Ciências Jurídicas e Sociais Humberto da Rosa Filipe Página 15 Com esta fórmula pode-se obter o valor de qualquer termo de ordem �, dado ��e �: �� = �� + (� − 1) × �. Conhecidos dois termos de ordem � e � respectivamente, sendo � > �, pode-se calcular a razão usando a fórmula generalizada: �� = �� + (� − �) × �. Com a fórmula do termo geral, podemos relacionar qualquer termo da P.G. a partir do segundo, com a razão e o primeiro termo: Se � = 2, tem-se: �� = �� + �; Se � = 3, tem-se: �� = �� + 2�; Se � = 4, tem-se: �� = �� + 3�; Se � = 5, tem-se: �� = �� + 4�; …; Se � = �, tem-se: �� = �� + (� − 1)� Exemplos: 1) Determine o termo geral da P.A. (6, 10, 14, 18, …). Resolução: 2) Determine o termo geral da P.A. sabendo que �� = 10 e �� = 20. Resolução: Monotonia de uma P.A. Sendo ��uma P.A. sabe-se que ���� − �� = �, onde� é uma constante, tem-se: Se � > 0, a P.A. é crescente; Se � < 0, a P.A. é decrescente; Se � = 0, a P.A. é constante; Exemplo: estude a monotonia da P.A. �� = 3� + � � MATEMÁTICA II UMA -Faculdade de Ciências Jurídicas e Sociais Humberto da Rosa Filipe Página 16 Soma dos � primeiros termos de uma P.A. A soma ��dos � primeiros termos P.A. conhecido ��é calculada pela fórmula: �� = � × (�� + ��) 2 Exemplo: Calcule a soma dos 20 primeiros termos da P.A.(6, 10, 14, …) Resolução: Termo médio de uma P.A. O termo médio��de uma P.A. dado ��e �� é calculado pela fórmula: �� = �� + �� 2 Exemplo: Achar o termo medio entre 6 e 30. Resolução: Interpolação aritmética Para interpolar (inserir) meios aritméticos, calcula-se a razão pela seguinte fórmula: � = � − � � + 1 Onde � é o primeiro termo e � é o último termo. Exemplo: Interpole três meios ariméticos entre 6 e 22. Resolução: Progressão Geométrica (P.G.) Definição: Uma sequência de números reais não-nulos é chamada de progressão geométrica, quando cada um de seus termos, a partir do segundo, é igual ao produto do seu anterior por uma constante(�) chamada razão da P.G. ou seja: MATEMÁTICA II UMA -Faculdade de Ciências Jurídicas e Sociais Humberto da Rosa Filipe Página 17 �� é uma progressão geométrica se, e só se, �� = ���� × � com � ∈ ℕ e � ≥ 2 A razão (�) é igual ao quociente entre um termo, a partir do segundo, e o seu antecessor e deve ser igual para todos os casos. Isto é: � = �� �� = �� �� = �� �� = ⋯ = ���� �� Exemplo: Calcule a razão da P.G. (2, 6, 18, …) Resolução: Termo geral da progressão geométrica O termo geral ��de uma P.G. conhecido o primeiro termo ��e a razão �, é calculado pela seguinte fórmula: �� = �� × � ��� Com esta fórmula pode-se obter o valor de qualquer termo de ordem �, dado �� e �: �� = �� × � ���. Conhecidos dois termos de ordem � e � respectivamente, sendo � > �, pode-se calcular a razão usando a fórmula generalizada: �� = �� × � ���. Com a fórmula do termo geral, podemos relacionar qualquer termo da P.G. a partir do segundo, com a razão e o primeiro termo: Se � = 2, tem-se: �� = �� × �; Se � = 3, tem-se: �� = �� × � �; Se � = 4, tem-se: �� = �� × � �; Se � = 5, tem-se: �� = �� × � �; …; Se � = �, tem-se: �� = �� × � ���; MATEMÁTICA II UMA -Faculdade de Ciências Jurídicas e Sociais Humberto da Rosa Filipe Página 18 Exemplo: Calcule o termo geral da P.G. (2, 6, 18, …) Resolução: Soma dos termos de uma P.G. A soma �� dos � primeiros termos P.G. conhecido ��é calculada pela fórmula: �� = ��×(� ���) ��� , com� ≠ 1 A soma dos termos de uma P.G. infinita é calculada pela fórmula �� = �� ��� , com0 < � < 1 Exemplos: Calcule a soma dos cinco primeiros termos da P.G. (2, 6, 18, …) Resolução: Produto dos n primeiros termos de uma P.G. O produto dos n primeiros termos de uma P.G. finita dado o primeiro termo ��e a razão � é calculado pela fórmula: �� = �� × � �(���) � Exemplo: Calcule o produto dos quatro primeiros termos da P.G. (2, 6, 18, …) Resolução: Interpolação geométrica Para interpolar (inserir) meios geométricos, calcula-se a razão pela seguinte fórmula: � = � � � ��� Onde � é o primeiro termo e � é o último termo. Exemplo: Interpole três meios geométricos entre 2 e 32. Resolução: MATEMÁTICA II UMA -Faculdade de Ciências Jurídicas e Sociais Humberto da Rosa Filipe Página 19 Exercícios propostos Grupo I 1. Dada a sucessão de números reais �� = ���� � + 1: a) Calcule ��, �� e ��; b) Verifique se 31 é termo da sucessão e indique a sua ordem; 2. Verifique se as seguintes sucessões são monótonas e limitadas: a) �� = ����� � ; b) �� = ��� ��� ; c) �� = ���� ���� ; d) �� = ���� ��� Grupo II 1. Dada a P.A.( 3, 5, 7, …), determine ��e �� 2. Escreva a P.a. de razão 3 e ��� = 52 3. Sendo �� = 25 e ��� = 60, calcule a razão. 4. Escreva a P.A. em que �� = 13 e ��� = 49; 5. Calcule o numero de termos da P.A.( 7, 9, 11, …), sabendo que a soma deles é 160. 6. Calcule o numero de termos da P.A.( 5, 10, … , 785); 7. Interpole sete meios aritméticos entre -2 e 22; 8. Interpole cinco meios aritméticos entre 9 e 189; 9. Interpole quatro meios aritméticos entre 3 e 18; 10. Escreva os 12 primeiros termos da P.A. de razão 3 e ��� = 52; 11. Dada a P.A.( 5, 9, 13, …), determine: a) ��; b) ��� + ��� 12. Numa P.A. em que �� + �� = 22 e �� − �� = 4, determine: a) A razão e o primeiro termo; b) Uma expressão do termo geral; c) A soma dos trinta primeiros termos; MATEMÁTICA II UMA -Faculdade de Ciências Jurídicas e Sociais Humberto da Rosa Filipe Página 20 13. Calcule os 20 primeiros termos na P.A. em que �� + �� = 34 e �� + �� = 50 14. Um ciclista percorre 20 km na primeira hora, 17 km na segunda hora e assim por diante em uma P.A. Quantos km percorreu em cinco horas? 15. Um corpo em queda livre percorre 3 metros no primeiro segundo, 12 metros no segundo segundo, 21 metros no terceiro e assim por diante continuando nessa sequência. Quantos metros terá percorrido apos 10 segundos? 16. Numa P.A. de razão � = 3, �� = 29 e �� = 155. Calcule ��e o valor de �; 17. Escreva os cinco primeiros termos da P.A. em que �� = 43e ��� = 58; 18. Numa P.A. de 15 termos, a razão é o duplo de ��e o ultimo termo é 58.determine a soma dos n termos; 19. Numa P.A. de razão � � , o primeiro e o ultimo termo são respectivamente iguais a 15 e 27. Quantos termos tem a progressão? 20. A soma e a diferença entre ��e ��de uma P.A. são respectivamenteiguais a 3 e 20. Escreve a expressão do termo geral ��e calcule o último termo sabendo que a progressão é crescente e tem apena 18 termos. Grupo III 1. Dada a P.G.(1, 5, 25,…). Determine o termo geral e a soma dos quatro primeiros termos. 2. Dada a P.G.( 2, 4, 8, …), calcule: a) A razão e o termo geral; b) A soma ��� e o produto �� 3. Numa P.G. o terceiro e o sexto termos são respectivamente12 e � � . Calcule o décimo termo. 4. Determine quantos termos tem a P.G.( 6, 18, … , 1458). 5. Calcule a soma dos dez primeiros termos da P.G.(−3, 6, −12, 24, …). 6. Determine ��� da P.G. em que ��� + �� = −488 e � = −10 7. Determine ��� da P.G. em que �� = 6 e �� = 18 8. A sucessão (��) é uma P.G. de razão 0,3 e �� = 0,9. Calcule ��, ��, �� e �� 9. A soma dos termos de uma P.G. é 2186. Determine o numero de termos �, sabendo que a razão � = 3 e �� = 2 10. Calcule o produto dos sete primeiros termos da P.G.( � �� ; � �� ; � �� ; …). MATEMÁTICA II UMA -Faculdade de Ciências Jurídicas e Sociais Humberto da Rosa Filipe Página 21 11. Se o produto dos dez primeiros termos de uma P.G. é 3���, determine o primeiro termo dessa P.G. sendo a razão igual a � � . 12. Determine a soma dos trinta primeiros termos da P.G.(−4, −4, −4, …). 13. Inserir seis meios geométricos entre 1 e 2. 14. Interpole dois meios geométricos entre 3 e 81 15. Entre os números 18 e � foram inseridos dois meios geométricos obtendo-se assim uma P.G. de razão 3. Qual é o valor de�? 16. A produção de uma empresa respectivamente nos meses de Janeiro, Fevereiro e Março forma uma P.G. Se a produção em Janeiro for de 3.000 unidades e em Março 27.000, quantas unidades foram produzidas em Fevereiro? 17. Determine uma P.G. de três elementos que são números inteiros sabendo que a soma deles é igual a 31 e o produto é 125. 18. Calcule a soma dos termos da P.G. infinita (3, � � , �� �� , �� ��� , …) 19. Calcule ��� da P.G. em que �� = 3 e a razão � = 2 20. Calcule três termos consecutivos de uma P.G. sabendo que a sua soma é 14 e o seu produto é 64. MATEMÁTICA II UMA -Faculdade de Ciências Jurídicas e Sociais Humberto da Rosa Filipe Página 22 1.3.2. Limites de sucessões Definição: Dada uma sucessão de termo geral �� , diz-se que � (� ∈ ℝ) é limite da sucessão �� , se para qualquer � > 0 existe um número �= �(�) tal que |�� − �| < � , sendo � > �. Traduzindo de forma simbólica: lim�→� �� = A ⟺ ∀ϵ > 0, ∃N( �): |�� − �| < �, � > �(�). Exemplo: Mostre pela definição que lim�→� �� = 1, sendo �� = ��� ��� Demonstração: lim�→� ��� ��� = 1 ⟺ ∀ϵ > 0, ∃N(�): � ��� ��� − 1� < �, � > �(�) Agora vamos trabalhar apenas com a desigualdade modular: � ��� ��� − 1� < � ⟺ � ������� ��� � < � ⟺ � �� ��� � < � ⟺ � ��� < � ⟺ � � < � + 3 ⟺ � � − 3 < � ou � > ���� � = �(�) ⟺ � > �(�) Como a condição � > �(�) da definição está satisfeita, então, é verdade que 1 é o limite da sucessão �� = ��� ��� , ou seja, lim�→� ��� ��� = 1. Infinitésimo ou infinitamente pequeno Definição: diz-se que uma sucessão de termo geral �� é um infinitésimo quando ∀ϵ > 0 (tão pequeno quanto se quiser), ∃N(�): |��| < � , � > �(�). Na prática escreve-se lim�→� �� = 0. lim�→� �� = 0 ⟺ ∀ϵ > 0 ∃N(�): |��| < �, � > �(�) Infinitamente grandes Infinitamente grande positivo lim�→� �� = +∞ ⟺ ∀A > 0 ∃N(�): � > �(�) ⟹ �� > �. MATEMÁTICA II UMA -Faculdade de Ciências Jurídicas e Sociais Humberto da Rosa Filipe Página 23 Exemplo: 1, 4, 9, 16, … , �� ⟹ �� = � �, ∀n ∈ ℕ. Infinitamente grande negativo lim�→� �� = −∞ ⟺ ∀A > 0 ∃N(�): � > �(�) ⟹ �� < −�. Exemplo: −1, −4, −9, −16, … , −�� ⟹ �� = −� �, ∀n ∈ ℕ. Infinitamente grande modular lim�→� �� = ∞ ⟺ ∀A > 0 ∃N(�): � > �(�) ⟹ |��| > �. Exemplo: 1, −4, 9, −16, … , (−1)����� ⟹ �� = (−1) �����, ∀n ∈ ℕ. Resumindo: ������õ�� ⎩ ⎪⎪ ⎨ ⎪⎪ ⎧ −������������: (��� ������ ������). ��: �� = � � + 1 −����������� ⎩ ⎪ ⎨ ⎪ ⎧−���������: (��� ���������õ�� ��� ������� ����������). ��: �� = (−1) � � � + 1 −�������� � −������������� ������ ��������. ��: �� = � � −������������� ������ ��������. ��: �� = −� � −������������� ������ �������. ��: �� = (−1) ����� � � � Exemplo: 1. Mostre que ����� = � � , se �� = ���� ���� Propriedades fundamentais do limite 1. Unicidade do limite: Se uma sucessão tem limite, este limite é único. Isto é, se {��} é convergente e se ����� = �� e ����� = �� então �� = �� . 2. Toda a sucessão convergente é limitada. 3. Se {��}, {��} são duas sucessões convergentes para o mesmo limite � e se �� ≤ �� ≤ �� desde um certo índice �,então também tem-se ����� = � . 4. Se {��} é uma sucessão crescente (respectivamente decrescente) e limitada superiormente (respect. Inferiormente), então {��} é convergente. 5. Qualquer sub-sucessão de uma sucessão convergente é também convergente para o mesmo limite. MATEMÁTICA II UMA -Faculdade de Ciências Jurídicas e Sociais Humberto da Rosa Filipe Página 24 Exemplo: A sucessão �� = ��� � tem as subsucessões �� = �� ���� e �� = ���� �� e todas elas convergem para o mesmo limite que é 1. 6. Se �� e �� são sucessões convergentes, então: a) �� ± �� também é convergente e lim(�� ± ��) = ����� ± ����� ; b) �� ∗ �� também é convergente e lim(�� ∗ ��) = ����� ∗ ����� ; c) ��/�� também é convergente e lim � �� �� � = �����/����� ; d) (��) � também é convergente e lim (��) � = (�����) � ; e) ��� � também é convergente e ��� ��� � = ������ � ; f) �� �� também é convergente e lim �� �� = ����� ����� ; g) log �� também é convergente e lim (log ��) = log(�����). Sucessão de Cauchy A sucessão �� é uma sucessão de Cauchy ou sucessão fundamental se, e só se: qualquer que seja o número positivo � e existe � tal que, sempre que �� e �� sejam dois inteiros positivos maiores que � , ���� − ���� < � , isto é: ∀� > 0∃� ∈ ℕ∀��, �� ∈ ℕ(��, �� > �) ⟹ ���� − ���� < � Propriedade: Qualquer sucessão de Cauchy é limitada. Teorema:Uma sucessão real é convergente se, e só se é sucessão de Cauchy. Isto é: Sucessão convergente ⟺ sucessão de Cauchy. Critério de comparação: Se �� ≤ �� e �� e �� são convergentes, entao, ����� ≤ ����� Cálculos de limites Calcular um limite é substituir a variável pela sua tendência. Exemplo: lim�→�(� � + 1) = ∞� + 1 = ∞ Nota: seja � uma constante diferente de zero, temos: MATEMÁTICA II UMA -Faculdade de Ciências Jurídicas e Sociais Humberto da Rosa Filipe Página 25 � � = ∞; � � = 0; � � = 0; � � = ∞; �(+∞) = +∞se� > 0; �(−∞) = −∞se� > 0 ; ∞ + ∞ = ∞ ; � + ∞ = +∞ ; � − ∞ = −∞ ; ∞� = ∞ ; ��� = � 0 , �� 0 < � < 1 +∞ , �� � > 1 � Exemplos: ( � � )�� = 0 ; 2�� = +∞ Ao calcularmos um limite, quando não for possível determinar uma operação dizemos que estamos perante uma indeterminação. Tipos de indeterminações: Existem vários tipos de indeterminações mas citaremos apenas alguns e operaremos também com alguns deles. � � ; � � ; 1� ; 0 ∗ ∞ ; ∞ − ∞ ; ∞� ; 0� ; … Levantamento de indeterminação É o processo de resolver determinada indeterminação. Indeterminação do tipo∞ − ∞ Normalmente são levantadas pondo em evidência o termo de maior grau, ou no caso em que envolve raízes, multiplica-se e divide-se pelo conjugado Exemplo: 1) lim�→�(� � − 2�) = ∞� − 2 ∗ ∞ = ∞ − ∞ ; Levantando a indeterminação: lim�→�(� � − 2�) = lim�→� � � � �� �� − �� �� � = lim�→� � � �1 − � � � = ∞� �1 − � � � = ∞ ; 2) lim�→�(√� + 1 − √�) = √∞ + 1 − √∞ = √∞ − √∞ = ∞ − ∞ (��������������) MATEMÁTICA II UMA -Faculdade de Ciências Jurídicas e Sociais Humberto da Rosa Filipe Página 26 Levantando a indeterminação: lim �→� (√� + 1 − √�) = lim �→� �√� + 1 − √�� ∗ (√� + 1 + √�) (√� + 1 + √�) = lim �→� (√� + 1)� − (√�)� √� + 1 + √� = lim �→� � + 1 − � √� + 1 + √� = lim �→� 1 √� + 1 + √� = 1 √∞ + 1 + √∞ = 1 ∞ + ∞ = 1 ∞ = 0 Indeterminação do tipo � � ; � � ; � ∗ ∞: Normalmente são levantadas pondo em evidência os termos de maior grau. Exemplo: lim �→� 5� + 1 7�� + 2� + 3 = 5∞ + 1 7∞� + 2∞ + 3 = ∞ ∞ (����������çã�) Levantando a indeterminação: lim �→� 5� + 1 7�� + 2� + 3 = lim �→� 5� �� + 1 �� 7�� �� + 2� �� + 3 �� = lim �→� 5 � + 1 �� 1 + 2 � + 3 �� = 5 ∞ + 1 ∞� 1 + 2 ∞ + 3 ∞� = 0 7 = 0 Indeterminação do tipo1� Para levantar este tipo de indeterminação deve-se escrever o limite dado em uma das formas seguintes: 1. lim�→� �1 + � � � � = � 2. lim�→� �1 + � � � � = �� Onde � chama-se Euler ou número de Neper e é igual a 2,718 … Exemplo: MATEMÁTICA II UMA -Faculdade de Ciências Jurídicas e Sociais Humberto da Rosa Filipe Página 27 lim �→� � � + 1 � + 2 � � = 1� (�����������çã�) Levantando a indeterminação: lim �→� � � + 1 � + 2 � � = lim �→� �1 + � + 1 � + 2 − 1� � = lim �→� �1 + � + 1 − � − 2 � + 2 � � = lim �→� �1 + −1 � + 2 � � = lim �→� �1 + −1 � + 2 � ��� �� ∗ �� ��� ∗� = [ lim �→� �1 + −1 � + 2 � ��� �� ] �� ��� ∗� = � ��� �→� �� ��� = ��� = 1 � 1.3.3. Limites de funções Definição: Sejam � e � úmeros reais, diz-se que uma função � = �(�) tem como limite �, quando � tende para � se, e só se, dado um número positivo �( por mais pequeno que seja), se pode associar-lhe um número positivo � de modo que �(�) pertença a vizinhança � de �, quando � esteja na vizinhança � de �, e � ≠ �. Traduzindo de forma simbólica, tem-se: lim�→� �(�) = � ⟺ ∀� > 0, ∃� > 0: |� − �| < � ∧ � ≠ � ⟹ |�(�) − �| < �. |�(�) − �| < � e |� − �| < � traduz-se: �(�) − � é um infinitésimo simultâneo com � − �. Exemplo: Prove, por definição, que lim�→�(2� + 1) = 3. Demonstração: pretende-se mostrar que |(2� + 1) − 3| é um infinitésimo simultâneo com |� − 1|. Temos: lim�→�(2� + 1) = 3 ⟺ ∀� > 0, ∃� > 0: |� − 1| < � ∧ � ≠ 1 ⟹ |(2� + 1) − 3| < � |(2� + 1) − 3| < � ⟺ |2� + 1 − 3| < � ⟺ |2� − 2| < � ⟺ |2(� − 1)| < � ⟺ |2||� − 1| < � ⟺ 2|� − 1| < �⟺ |� − 1| < � � = � ⟹ |� − 1| < �. Quando |� − 1| < � ⟹ |(2� + 1) − 3| < �, logo, lim�→�(2� + 1) = 3. (c.q.d.). MATEMÁTICA II UMA -Faculdade de Ciências Jurídicas e Sociais Humberto da Rosa Filipe Página 28 Limites laterais Definição: a) Chama-se limite à esquerda da função �(�), ao limite denotado por lim�→��� �(�) , onde � → 0. b) Chama-se limite à direita da função �(�), ao limite denotado por lim�→��� �(�) , onde � → 0. Para a existência do limite da função �(�), quando � → �, é necessário e suficiente que lim�→��� �(�) = lim�→��� �(�). Exemplo: Calcule, se existe, o limite da função �(�) = � � + 1 , �� � ≤ 0 2� + 3 , ��� > 0 �. Resolução: Propriedades: são as mesmas que as dos limites de sucessões. Cálculo de limites de funções. Se �(�) e �(�) são polinómios inteiros e �(�) ≠ 0 ou �(�) ≠ 0, então, o limite da fracção racional é achado directamente, isto é, lim�→� �(�) �(�) = �(�) �(�) . Exemplo: lim�→� �������� ��� Se �(�) = �(�) = 0, então, recomenda-se simplificar a fracção �(�) �(�) , em uma ou mais vezes pelo binômio � − �. Exemplo: lim�→� ������� �������� O limite das expressões irracionais, em muitos casos, achamos racionalizando o numerador e∕ou o denominador da fracção. Exemplo: lim�→� ��√��� ����� Outro método para achar o limite das fracções irracionais, é a introdução de uma nova variável para reduzí-la à forma racional. Exemplo: lim�→� √��� √� � �� MATEMÁTICA II UMA -Faculdade de Ciências Jurídicas e Sociais Humberto da Rosa Filipe Página 29 Outros limites importantes (limites notáveis trigonométricos e exponenciais) Limites trigonométricos i. lim�→� ���(�) � = 1; ii. lim�→� � ���(�) = 1; iii. lim�→� ���(�) � = 1; iv. lim�→� � ���(�) = 1 Exemplo: Calcule os seguintes limites: a) lim�→� ���(��) �� ; b) lim�→� ���(���) �� ; c) lim�→� ���(��) ���(��) Limites exponenciais i. lim�→� ���� � = 1; ii. lim�→� ���� � = ln(�) iii. lim�→�(1 + �) � � = � Exemplos: Calcule os seguintes limites: a) lim�→� ������� � ; b) lim�→� ����� � ; c) lim�→�( ���� ���� ) � � ; 1.4. Continuidade e descontinuidade de uma função num ponto. Definição 1: Seja � um ponto interior ou fronteiro do dominio de existência da função � = �(�). O ponto � é chamado um ponto contínuo desta função se as tra~es condições seguintes são satisfeitas: i. �(�) é definida neste ponto, isto é, ∃�(�); MATEMÁTICA II UMA -Faculdade de Ciências Jurídicas e Sociais Humberto da Rosa Filipe Página 30 ii. ∃lim �→� �(�); iii. lim �→� �(�) = �(�) Obs.: Se pelo menos uma das três condições não é satisfeita, a função �(�) é descontínua no ponto � = � e � é chamado ponto descontínuo de �(�). Exemplo: Estude a continuidade da função �(�), no ponto � = 2, se �(�) = � � + 3 , �� � ≥ 2 �� + 1 , �� � < 2 � Definição 2: A função � = �(�) é contínua no ponto � se, e só se, ∃�(�) e lim ∆�→� ∆� = lim ∆�→� [�(� + ∆�) − �(�)] = 0 , onde: ∆� é o acréscimo do argumento e ∆� é o acréscimo da função. Exemplo: verifique se a função � = 5�� − 3� + 1 é contínua no ponto � = 2. Nota: toda a função elementar � = �(�) é contínua em todo o ponto onde ela é definida. Continuidade lateral Definição: a) A função �(�) é contínua à esquerda em � = �, se ∃�(�) e lim �→��� �(�) = �(�); b) A função �(�) é contínua à direita em � = �, se ∃�(�) e lim �→��� �(�) = �(�). Exemplo: Estude a continuidade da função �(�), no ponto � = 1, se �(�) = � 2� + 1 , �� � ≤ 1 �� − 1 , �� � > 1 � Classificação dos pontos descontínuos Se para a funão �(�) existirem limitesfinitos: lim �→��� �(�) = �(� − �) e lim �→��� �(�) = �(� + �) , sendo que os três números �(�), �(� − �) e �(� + �) não são iguais entre si, então � é chamado ponto de descontinuidade de 1ª espécie. MATEMÁTICA II UMA -Faculdade de Ciências Jurídicas e Sociais Humberto da Rosa Filipe Página 31 Em particular, se �(� − �) = �(� + �), então, � é chamado ponto de descontinuidade evitável. Se � não é ponto descontínuo de 1ª espécie, então é de 2ª espécie. Propriedades da função contínua Sejam � e � contínuas em � e seja � uma constante, tem-se: i. �� é contínua no ponto �; ii. � ± � é contínua no ponto �; iii. �� é contínua no ponto �; iv. � �� é contínua no ponto � , (�(�) ≠ 0); v. �� � é contínua no ponto � , (satisfazendo a condição de existência da raíz, caso � seja par ou ímpar). vi. Toda a função polinomial é contínua para qualquer que seja número real �. Exercícios propostos MATEMÁTICA II UMA -Faculdade de Ciências Jurídicas e Sociais Humberto da Rosa Filipe Página 32 . OBJECTIVOS: 1. FUNÇÕES REAIS DE VARIÁVEL REAL. LIMITES E CONTINUIDADES. 1.1. Noções topológicas em ℝ. 1.2. Funções reais de variável real: generalidades. 1.3. Conceito de limites. Algumas propriedades. 1.3.1. Breve revisão sobre sucessões de números reais. 1.3.2. Limites de sucessões 1.3.3. Limites de funções 1.4. Continuidade e descontinuidade de uma função num ponto.
Compartilhar