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% (find-angg "LATEX/2017-2-C2-material.tex") % (defun c () (interactive) (find-LATEXsh "lualatex -record 2017-2-C2-material.tex")) % (defun d () (interactive) (find-xpdfpage "~/LATEX/2017-2-C2-material.pdf")) % (defun b () (interactive) (find-zsh "bibtex 2017-2-C2-material; makeindex 2017-2-C2-material")) % (defun e () (interactive) (find-LATEX "2017-2-C2-material.tex")) % (defun u () (interactive) (find-latex-upload-links "2017-2-C2-material")) % (find-xpdfpage "~/LATEX/2017-2-C2-material.pdf") % (find-sh0 "cp -v ~/LATEX/2017-2-C2-material.pdf /tmp/") % (find-sh0 "cp -v ~/LATEX/2017-2-C2-material.pdf /tmp/pen/") % file:///home/edrx/LATEX/2017-2-C2-material.pdf % file:///tmp/2017-2-C2-material.pdf % file:///tmp/pen/2017-2-C2-material.pdf % http://angg.twu.net/LATEX/2017-2-C2-material.pdf % (code-etex "c2m172" "2017-2-C2-material") % «.thislinetag» (to "thislinetag") % «.mysection» (to "mysection") % % «.escadas-e-casos» (to "escadas-e-casos") % «.somas-de-retangulos» (to "somas-de-retangulos") % «.sups-e-infs» (to "sups-e-infs") % «.particoes» (to "particoes") % «.particoes-cada-vez-mais-finas» (to "particoes-cada-vez-mais-finas") % «.funcoes-integraveis-e-nao-int» (to "funcoes-integraveis-e-nao-int") % «.metodos-L-R-etc» (to "metodos-L-R-etc") % «.TFC1» (to "TFC1") % «.TFC2» (to "TFC2") % «.integracao-por-substituicao» (to "integracao-por-substituicao") % «.apagando-os-limites-de-integracao» (to "apagando-os-limites-de-integracao") % % «.programa-do-curso» (to "programa-do-curso") % «.particoes» (to "particoes") % «.somatorios-como-areas» (to "somatorios-como-areas") % «.completando-funcoes» (to "completando-funcoes") % «.somas-sups-e-infs» (to "somas-sups-e-infs") % «.largura-de-particao» (to "largura-de-particao") % «.chutar-e-testar» (to "chutar-e-testar") % «.parts» (to "parts") % «.subst-linear» (to "subst-linear") % «.linearizacoes» (to "linearizacoes") \documentclass[oneside]{article} \usepackage[colorlinks]{hyperref} % (find-es "tex" "hyperref") %\usepackage[latin1]{inputenc} \usepackage{amsmath} \usepackage{amsfonts} \usepackage{amssymb} \usepackage{array} % (find-es "tex" "array") \usepackage{pict2e} \usepackage{color} % (find-LATEX "edrx15.sty" "colors") \usepackage{colorweb} % (find-es "tex" "colorweb") %\usepackage{tikz} % % (find-dn6 "preamble6.lua" "preamble0") %\usepackage{proof} % For derivation trees ("%:" lines) %\input diagxy % For 2D diagrams ("%D" lines) %\xyoption{curve} % For the ".curve=" feature in 2D diagrams % \usepackage{edrx15} % (find-angg "LATEX/edrx15.sty") \input edrxaccents.tex % (find-angg "LATEX/edrxaccents.tex") \input edrxchars.tex % (find-LATEX "edrxchars.tex") \input edrxheadfoot.tex % (find-dn4ex "edrxheadfoot.tex") \input edrxgac2.tex % (find-LATEX "edrxgac2.tex") % \begin{document} \catcode`\^^J=10 \directlua{dofile "dednat6load.lua"} % (find-LATEX "dednat6load.lua") \directlua{dofile "edrxtikz.lua"} % (find-LATEX "edrxtikz.lua") \directlua{dofile "edrxpict.lua"} % (find-LATEX "edrxpict.lua") %L V.__tostring = function (v) return format("(%.3f,%.3f)", v[1], v[2]) end % \end{document} % «thislinetag» (to ".thislinetag") %L -- (find-es "luatex" "thislinetag") %L -- (find-LATEX "dednat6/texfile.lua" "TexFile") %L thisline = function () return tf.lines[tex.inputlineno] end %L thislinetag = function () %L local line = tf.lines[tex.inputlineno] %L local tag = line:match("%% +[\128-\255]+([!-~]*)[\128-\255]+") %L if not tag then error("No tag in line "..tex.inputlineno) end %L return tag %L end %L %L thatline = function (delta) return tf.lines[tex.inputlineno + delta] end %L thatlinetag = function (delta) %L local line = thatline(delta) %L local tag = line:match("%% +[\128-\255]+([!-~]*)[\128-\255]+") %L if not tag then error("No tag in line "..tex.inputlineno) end %L return tag %L end %L \def\thatlinetag#1{\expr{thatlinetag(#1)}} \def\mylabel{\label{\thislinetag}} \def⊙{\thislinetag} \def⊙{\par\thatlinetag{-2}} \pu % «mysection» (to ".mysection") % (find-es "tex" "newcounter") \def\mysection #1#2{\section{#2}\label{#1}} Índice de seções: {\makeatletter \renewcommand*\l@section{\@dottedtocline{1}{1.5em}{2.3em}} \@starttoc{toc} } % _____ _ % | ____|___ ___ __ _ __| | __ _ ___ ___ ___ __ _ ___ ___ ___ % | _| / __|/ __/ _` |/ _` |/ _` / __| / _ \ / __/ _` / __|/ _ \/ __| % | |___\__ \ (_| (_| | (_| | (_| \__ \ | __/ | (_| (_| \__ \ (_) \__ \ % |_____|___/\___\__,_|\__,_|\__,_|___/ \___| \___\__,_|___/\___/|___/ % % «escadas-e-casos» (to ".escadas-e-casos") % (c2m172p 1 "escadas-e-casos") % (c2m172 "escadas-e-casos") \mysection {escadas-e-casos} {Funções-escada e funções definidas por casos} % (c2q181 1 "20180312" "Área sob uma curva; funções escada e definidas por casos") % (c2q181 3 "20180314" "Áreas como somas de retângulos") % (find-LATEX "edrxgac2.tex" "pict2e") % (find-LATEX "edrxgac2.tex" "pict2e" "\\pictpiecewise") % (find-LATEX "edrxpict.lua" "Piecewise-tests") % (find-LATEXgrep "grep -nH -e pictpiecewise *.tex") % (find-angg ".emacs" "c2q181") % (defun v () (interactive) (c2q181 1 "20180312" "Área sob uma curva; funções escada e definidas por casos")) \unitlength=10pt Funções usadas na aula de 12/mar/2018: % $$ f(x) = \vcenter{\hbox{% \beginpicture(0,0)(5,4) \pictgrid% %\pictpiecewise{(0,1)o--(1,1)o (1,2)c (1,3)o--(2,3)c--(3,2)--(4,2)c}% \pictpiecewise{(0,2)--(1,2)o (1,3)c--(2,3)c (2,1)o--(3,1)o (3,4)c--(5,4)}% \pictaxes% \end{picture}% }} \qquad g(x) = \begin{cases} 1 & \text{quando $x≤2$} \\ 2 & \text{quando $2<x<3$} \\ 4 & \text{quando $x=3$} \\ 0 & \text{quando $3<x$} \\ \end{cases} $$ % $$F(b) = ∫_{x=0}^{x=b} f(x)\,dx $$ % ____ _ _ % / ___| ___ _ __ ___ __ _ ___ __| | ___ _ __ ___ ___| |_ ___ % \___ \ / _ \| '_ ` _ \ / _` / __| / _` |/ _ \ | '__/ _ \/ __| __/ __| % ___) | (_) | | | | | | (_| \__ \ | (_| | __/ | | | __/ (__| |_\__ \ % |____/ \___/|_| |_| |_|\__,_|___/ \__,_|\___| |_| \___|\___|\__|___/ % % «somas-de-retangulos» (to ".somas-de-retangulos") \mysection {somas-de-retangulos} {Áreas como somas de retângulos} % % (defun v () (interactive) (c2q181 3 "20180314" "Áreas como somas de retângulos")) Exercícios: a) Represente graficamente $Σ_{i=1}^N (b_i-a_i)·c_i$ para esta tabela: $\sm{i & a_i & b_i & c_i \\\hline 1 & 0 & 1 & 3 \\ 2 & 1 & 3 & 4 \\ 3 & 3 & 4 & 3 \\}$ b) Seja $P=\{0, 0.5, 1, 2, 3.5, 5\}$. Isto é uma partição de que intervalo? Quem são $N, a, b, a_1, b_1, a_2, b_2$, etc? Monte a tabela (sem a coluna dos `$c_i$'s). c) Represente graficamente $Σ_{i=1}^N (b_i-a_i)·f(a_i)$ no caso em que $P=\{0, 1, 3, 4\}$ e $f(x)=4-(x-2)^2$. d) Represente graficamente $Σ_{i=1}^N (b_i-a_i)·f(a_i)$ no caso em que $P=\{0, 0.5, 1, 1.5, \ldots, 4\}$ e $f(x)=4-(x-2)^2$. \msk {\sl Truque importante:} no item (d) acima como a gente só quer {\sl representar graficamente} $Σ_{i=1}^N (b_i-a_i)·f(a_i)$ a gente não precisa {\sl calcular} $f(0)$, $f(0.5)$, $f(1)$, $\ldots$, $f(4)$ --- a gente pode encontrar esses valores pelo gráfico. % __ __ _ _ _ ____ _ % | \/ | ___| |_ ___ __| | ___ ___ | | | _ \ ___| |_ ___ % | |\/| |/ _ \ __/ _ \ / _` |/ _ \/ __| | | | |_) | / _ \ __/ __| % | | | | __/ || (_) | (_| | (_) \__ \ | |___ _ | _ < _ | __/ || (__ % |_| |_|\___|\__\___/ \__,_|\___/|___/ |_____( ) |_| \_( ) \___|\__\___| % |/ |/ % «metodos-L-R-etc» (to ".metodos-L-R-etc") \mysection {metodos-L-R-etc} {Os métodos L, R, max, min, etc} % (c2q181 5 "20180319" "Métodos L, R, max, min, p.m., trapézio, inf, sup") Exercício. Seja $f(x) = 4 - (x-2)^2$. Represente graficamente $Σ_{i=1}^N \, c_i \, (b_i-a_i)$ para cada uma das partições acima e para cada um dos modos abaixo de calcular $c_i$; o truque é interpretar cada termo $c_i \, (b_i-a_i)$ do somatório como um retângulo cuja base é o intervalo $(a_i,b_i)$ e cuja altura é $c_i$. Além disso calcule o resultado de cada somatório para as partições $P_1$, $\ldots$, $P_4$ --- as contas para a partição $P_5$ são mais chatas e não valem a pena. \ssk \begin{tabular}{lll} a) & $c_i = f(a_i)$ & (``L'') \\ b) & $c_i = f(b_i)$ & (``R'') \\ c) & $c_i = \max(f(a_i), f(b_i))$ & (``max'') \\ d) & $c_i = \min(f(a_i), f(b_i))$ & (``min'') \\ e) & $c_i = f\left(\frac{a_i+b_i}{2}\right)$ & (``ponto médio'') \\ f) & $c_i = \frac{f(a_i)+f(b_i)}{2}$ & (``trapézio'') \\ g) & $c_i = \sup_{x∈[a_i,b_i]} f(x)$ & (``sup'') \\ h) & $c_i = \inf_{x∈[a_i,b_i]} f(x)$ & (``inf'') \\ \end{tabular} \ssk Obs: cada um dos itens (a)--(h) acima corresponde a um método de integração numérica; o nome do método está entre aspas à direita. % ____ _ __ % / ___| _ _ _ __ ___ ___ (_)_ __ / _|___ % \___ \| | | | '_ \/ __| / _ \ | | '_ \| |_/ __| % ___) | |_| | |_) \__ \ | __/ | | | | | _\__ \ % |____/ \__,_| .__/|___/ \___| |_|_| |_|_| |___/ % |_| % % «sups-e-infs» (to ".sups-e-infs") \mysection {sups-e-infs} {Sups, infs e imagens de intervalos} % ____ _ _ % | _ \ __ _ _ __| |_(_) ___ ___ ___ ___ % | |_) / _` | '__| __| |/ __/ _ \ / _ \/ __| % | __/ (_| | | | |_| | (_| (_) | __/\__ \ % |_| \__,_|_| \__|_|\___\___/ \___||___/ % % «particoes» (to ".particoes") \mysection {particoes} {Partições de um intervalo} % (c2q181 7 "20180321" "Refinamentos de partições; integral por cima e por baixo") Uma {\sl partição} do intervalo $[a,b]$ é um conjunto $P⊂[a,b]$ finito e tal que $a,b∈P$. Uma partição $P$ de $[a,b]$ com $N+1$ pontos divide o intervalo $[a,b]$ em $N$ subintervalos consecutivos --- por exemplo, $P=\{2, 2.5, 3, 5, 7\}$ é uma partição do intervalo $[a,b]=[2,7]$ e $P$ divide o intervalo $[2,7]$ em: $I_1=[2,2.5]$, $I_2=[2.5,3]$, $I_3=[3,5]$, $I_4=[5,7]$. Nós vamos chamar as extremidades destes intervalos de $a_i$ e $b_i$... \bsk Seja $P$ um subconjunto finito e não-vazio de $\R$. A gente pode listar os elementos de $P$ em ordem: $P=\{a_1, a_2, \ldots, a_n\}$, com $a_1 < a_2 < \ldots < a_n$. Esse conjunto $P$ vai ser uma ``partição'' do intervalo $[a,b] = [a_1,a_n]$ em $n-1$ subintervalos, $I_1 = [a_1, a_2]$, $I_2 = [a_2, a_3]$, $\ldots$, $I_{n-1} = [a_{n-1}, a_n]$, em que cada subintervalo tem exatamente um ponto em comum com o seguinte. Tudo vai ficar mais fácil se a gente usar estas convenções: $P$ tem $N+1$ pontos, $P=\{a_1, a_2, \ldots, a_{N+1}\}$, com $a_1 < a_2 < \ldots < a_{N+1}$; $b_i=a_{i+1}$; $I_i=[a_i,b_i]$; $a=a_1$ e $b=b_N$; com isto o conjunto $P$ vai ser uma partição do intervalo $[a,b]=[a_1,b_N]=[a_1,a_{N+1}]$ em $N$ subintervalos, $I_1$, $\ldots$, $I_N$. Dica: faça uma tabela! Por exemplo, se $P=\{3,4,6,8,9,10\}$ então $P$ é uma partição do intervalo $[a,b]=[3,10]$ em $N=5$ subintervalos: $\begin{array}{cccc} i & a_i & b_i & I_i \\\hline 1 & 3 & 4 & [3,4] \\ 2 & 4 & 6 & [4,6] \\ 3 & 6 & 8 & [6,8] \\ 4 & 8 & 9 & [8,9] \\ 5 & 9 & 10 & [9,10] \\ \end{array} $ Exercício: sejam $P_1, \ldots, P_5$ as seguintes partições do intervalo $[0,4]$ (nós vamos usá-las no exercício seguinte). Faça a tabela correspondente a ela. $P_1 = \{0,1,2,3,4\}$, $P_2 = \{0,1,3,4\}$, $P_3 = \{0, 4\}$, $P_4 = \{0, 2, 4\}$, $P_5 = \{0, 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5, 4\}$, % ____ _ _ __ __ _ __ % | _ \ __ _ _ __| |_(_) ___ ___ ___ ___ \ \ | _|__ _ | |__|_ | % | |_) / _` | '__| __| |/ __/ _ \ / _ \/ __| _____\ \ | |/ _` | | '_ \| | % | __/ (_| | | | |_| | (_| (_) | __/\__ \ |_____/ / | | (_| |_| |_) | | % |_| \__,_|_| \__|_|\___\___/ \___||___/ /_/ | |\__,_( )_.__/| | % |__| |/ |__| % % «particoes-cada-vez-mais-finas» (to ".particoes-cada-vez-mais-finas") \mysection {particoes-cada-vez-mais-finas} {Partições cada vez mais finas} % (c2q181 7 "20180321" "Refinamentos de partições; integral por cima e por baixo") % _____ _ _ _ % | ___| _ _ __ ___ ___ (_)_ __ | |_ ___ __ _ _ __ __ ___ _____(_)___ % | |_ | | | | '_ \ / __/ __| | | '_ \| __/ _ \/ _` | '__/ _` \ \ / / _ \ / __| % | _|| |_| | | | | (__\__ \ | | | | | || __/ (_| | | | (_| |\ V / __/ \__ \ % |_| \__,_|_| |_|\___|___/ |_|_| |_|\__\___|\__, |_| \__,_| \_/ \___|_|___/ % |___/ % % «funcoes-integraveis-e-nao-int» (to ".funcoes-integraveis-e-nao-int") \mysection {funcoes-integraveis-e-nao-int} {Funções integráveis e não integráveis} % (c2q181 9 "20180326" "Funções integráveis e não integráveis") % _____ _____ ____ _ % |_ _| ___/ ___/ | % | | | |_ | | | | % | | | _|| |___| | % |_| |_| \____|_| % % «TFC1» (to ".TFC1") \mysection {TFC1} {TFC1} % (c2q181 12 "20180328" "TFC1") % _____ _____ ____ ____ % |_ _| ___/ ___|___ \ % | | | |_ | | __) | % | | | _|| |___ / __/ % |_| |_| \____|_____| % % «TFC2» (to ".TFC2") \mysection {TFC2} {TFC2} % (find-angg ".emacs" "c2q172") % (find-angg ".emacs" "c2q172" "TFC1 e TFC2") \def\TFC#1{ \left( \begin{array}{rcl} #1 \end{array} \right) } $$\begin{array}{rcl} (TFC2a) &=& \TFC{ \Intx{a}{b} {F'(x)} &=& F(b)-F(a) } \\ \\ (TFC2b) &=& \TFC{ \Intx{a}{b} {F'(x)} &=& \Difx{a}{b} {F(x)} } \\ \end{array} $$ % ____ _ _ _ _ _ % / ___| _ _| |__ ___| |_(_) |_ _ _(_) ___ __ _ ___ % \___ \| | | | '_ \/ __| __| | __| | | | |/ __/ _` |/ _ \ % ___) | |_| | |_) \__ \ |_| | |_| |_| | | (_| (_| | (_) | % |____/ \__,_|_.__/|___/\__|_|\__|\__,_|_|\___\__,_|\___/ % % «integracao-por-substituicao» (to ".integracao-por-substituicao") % (c2mp 3 "integracao-por-substituicao") % (find-angg ".emacs" "c2q181") % (find-angg ".emacs" "c2q172") \mysection {integracao-por-substituicao} {Integração por substituição} \def\D#1{\displaystyle\left( #1 \right)} \def\D#1{\displaystyle #1 } \def\Sone{ \left( \begin{array}{rcl} \D{ \Difx{a}{b}{\mathstrut f(g(x))} } & = & \D{ \Intx{a}{b}{f'(g(x))g'(x)} } \\ \rotatebox{90}{$=$} \phantom{mmm} \\ \D{ \Difu{g(a)}{g(b)}{\mathstrut f(u)} } & = & \D{ \Intu{g(a)}{g(b)}{f'(u)} } \\ \end{array} \right) } \def\Stwo{ \left( \begin{array}{rcl} \D{ \Difx{a}{b}{\mathstrut F(g(x))} } & = & \D{ \Intx{a}{b}{f(g(x))g'(x)} } \\ \rotatebox{90}{$=$} \phantom{mmm} \\ \D{ \Difu{g(a)}{g(b)}{\mathstrut F(u)} } & = & \D{ \Intu{g(a)}{g(b)}{f(u)} } \\ \end{array} \right) } \def\Sthree{ \left( \begin{array}{rcl} \D{ \Intx{a}{b}{f(g(x))g'(x)} } & = & \D{ \Intu{g(a)}{g(b)}{f(u)} } \\ \end{array} \right) } $$\begin{array}{rcl} (S1) &=& \Sone \\ \\ (S2) &=& \Stwo \\ \\ (S3) &=& \Sthree \\ \end{array} $$ % _ _ _ _ % / \ _ __ __ _ __ _ __ _ _ __ __| | ___ | (_)_ __ ___ ___ % / _ \ | '_ \ / _` |/ _` |/ _` | '_ \ / _` |/ _ \ | | | '_ ` _ \/ __| % / ___ \| |_) | (_| | (_| | (_| | | | | (_| | (_) | | | | | | | | \__ \ % /_/ \_\ .__/ \__,_|\__, |\__,_|_| |_|\__,_|\___/ |_|_|_| |_| |_|___/ % |_| |___/ % % «apagando-os-limites-de-integracao» (to ".apagando-os-limites-de-integracao") \mysection {apagando-os-limites-de-integracao} {Apagando os limites de integração} % ---------------------------------------------------------------------- \newpage % ____ % | _ \ _ __ ___ __ _ _ __ __ _ _ __ ___ __ _ % | |_) | '__/ _ \ / _` | '__/ _` | '_ ` _ \ / _` | % | __/| | | (_) | (_| | | | (_| | | | | | | (_| | % |_| |_| \___/ \__, |_| \__,_|_| |_| |_|\__,_| % |___/ % % «programa-do-curso» (to ".programa-do-curso") % (find-es "puro" "ementa-e-programa-C2") % (c2q172 1 "20170821" "Introdução, subst, regra da cadeia, EDOs, áreas") % (find-angg "LATEX/2016-2-C2-integral.tex") % (find-xpdfpage "~/LATEX/2016-2-C2-integral.pdf") {\bf Programa do curso} Vamos fazer essencialmente o que está em \url{http://angg.twu.net/e/puro.e.html#ementa-e-programa-C2} mas também vamos ver o básico de algumas ferramentas extras que vão simplificar algumas partes do curso: linearização e diferenciais, série de Taylor, números complexos, $e^{iθ}=\cosθ+i\senθ$, e um pouquinho de notação $λ$ pra gente poder resolver algumas ambiguidades de notação na parte sobre o operador $D$ (a derivada vista como operador linear). \newpage % ____ _ _ % | _ \ __ _ _ __| |_(_) ___ ___ ___ ___ % | |_) / _` | '__| __| |/ __/ _ \ / _ \/ __| % | __/ (_| | | | |_| | (_| (_) | __/\__ \ % |_| \__,_|_| \__|_|\___\___/ \___||___/ % % «particoes» (to ".particoes") % (c2m172p 2 "particoes") {\bf Partições} \label{particoes} \ssk Uma {\sl partição} do intervalo $[a,b]$ é um conjunto $P⊂[a,b]$ finito e tal que $a,b∈P$. Seja $P$ um subconjunto finito e não-vazio de $\R$. A gente pode listar os elementos de $P$ em ordem: $P=\{a_1, a_2, \ldots, a_n\}$, com $a_1 < a_2 < \ldots < a_n$. Esse conjunto $P$ vai ser uma ``partição'' do intervalo $[a,b] = [a_1,a_n]$ em $n-1$ subintervalos, $I_1 = [a_1, a_2]$, $I_2 = [a_2, a_3]$, $\ldots$, $I_{n-1} = [a_{n-1}, a_n]$, em que cada subintervalo tem exatamente um ponto em comum com o seguinte. Tudo vai ficar mais fácil se a gente usar estas convenções: $P$ tem $N+1$ pontos, $P=\{a_1, a_2, \ldots, a_{N+1}\}$, com $a_1 < a_2 < \ldots < a_{N+1}$; $b_i=a_{i+1}$; $I_i=[a_i,b_i]$; $a=a_1$ e $b=b_N$; com isto o conjunto $P$ vai ser uma partição do intervalo $[a,b]=[a_1,b_N]=[a_1,a_{N+1}]$ em $N$ subintervalos, $I_1$, $\ldots$, $I_N$. Dica: faça uma tabela! Por exemplo, se $P=\{3,4,6,8,9,10\}$ então $P$ é uma partição do intervalo $[a,b]=[3,10]$ em $N=5$ subintervalos: $\begin{array}{cccc} i & a_i & b_i & I_i \\\hline 1 & 3 & 4 & [3,4] \\ 2 & 4 & 6 & [4,6] \\ 3 & 6 & 8 & [6,8] \\ 4 & 8 & 9 & [8,9] \\ 5 & 9 & 10 & [9,10] \\ \end{array} $ Exercício: sejam $P_1, \ldots, P_5$ as seguintes partições do intervalo $[0,4]$ (nós vamos usá-las no exercício seguinte). Faça a tabela correspondente a ela. $P_1 = \{0,1,2,3,4\}$, $P_2 = \{0,1,3,4\}$, $P_3 = \{0, 4\}$, $P_4 = \{0, 2, 4\}$, $P_5 = \{0, 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5, 4\}$, \bsk % ____ _ _ % / ___| ___ _ __ ___ __ _| |_ ___ _ __(_) ___ ___ % \___ \ / _ \| '_ ` _ \ / _` | __/ _ \| '__| |/ _ \/ __| % ___) | (_) | | | | | | (_| | || (_) | | | | (_) \__ \ % |____/ \___/|_| |_| |_|\__,_|\__\___/|_| |_|\___/|___/ % % «somatorios-como-areas» (to ".somatorios-como-areas") {\bf Somatórios como áreas} % https://en.wikipedia.org/wiki/Numerical_integration#Methods_for_one-dimensional_integrals % https://en.wikipedia.org/wiki/Gaussian_quadrature % (c2qe171) % (c2q171 1 "20170320" "Introdução") % (c2q171 7 "20170322" "Aproximações por retângulos, partições") % (c2q171 9 "20170327" "Aproximações de f por cima e por baixo, integral, integrável") \msk Exercício. Seja $f(x) = 4 - (x-2)^2$. Represente graficamente $Σ_{i=1}^N \, c_i \, (b_i-a_i)$ para cada uma das partições acima e para cada um dos modos abaixo de calcular $c_i$; o truque é interpretar cada termo $c_i \, (b_i-a_i)$ do somatório como um retângulo cuja base é o intervalo $(a_i,b_i)$ e cuja altura é $c_i$. Além disso calcule o resultado de cada somatório para as partições $P_1$, $\ldots$, $P_4$ --- as contas para a partição $P_5$ são mais chatas e não valem a pena. \ssk \begin{tabular}{lll} a) & $c_i = f(a_i)$ & (``L'') \\ b) & $c_i = f(b_i)$ & (``R'') \\ c) & $c_i = \max(f(a_i), f(b_i))$ & (``max'') \\ d) & $c_i = \min(f(a_i), f(b_i))$ & (``min'') \\ e) & $c_i = f\left(\frac{a_i+b_i}{2}\right)$ & (``ponto médio'') \\ f) & $c_i = \frac{f(a_i)+f(b_i)}{2}$ & (``trapézio'') \\ g) & $c_i = \sup_{x∈[a_i,b_i]} f(x)$ & (``sup'') \\ h) & $c_i = \inf_{x∈[a_i,b_i]} f(x)$ & (``inf'') \\ \end{tabular} \ssk Obs: cada um dos itens (a)--(h) acima corresponde a um método de integração numérica; o nome do método está entre aspas à direita. \msk \newpage % ____ _ _ _ % / ___|___ _ __ ___ _ __ | | ___| |_ __ _ _ __ __| | ___ % | | / _ \| '_ ` _ \| '_ \| |/ _ \ __/ _` | '_ \ / _` |/ _ \ % | |__| (_) | | | | | | |_) | | __/ || (_| | | | | (_| | (_) | % \____\___/|_| |_| |_| .__/|_|\___|\__\__,_|_| |_|\__,_|\___/ % |_| % % «completando-funcoes» (to ".completando-funcoes") % (c2m172p 3 "completando-funcoes") {\bf Algumas operações sobre conjuntos:} União: $\{1,2,3,4\}∪\{3,4,5,6\} = \{1,2,3,4,5,6\}$ Interseção: $\{1,2,3,4\}∩\{3,4,5,6\} = \{3,4\}$ ``Exceto'': $\{1,2,3,4\}∖\{3,4,5,6\} = \{1,2\}$ \bsk {\bf Completando funções} Digamos que $P$ seja uma partição do intervalo $[a,b]$ e $g$ seja uma função de $[a,b]∖P$ em $\R$. Temos quatro jeitos naturais de ``completar os buracos'' da função $g$ e transformá-la numa função de $[a,b]$ em $\R$. O primeiro é: $g_L(x) = \begin{cases} g(x) & \text{se $x∈[a,b]∖P$} \\ \lim_{t→a^+}g(t) & \text{se $x=a$} \\ \lim_{t→b^-}g(t) & \text{se $x=b$} \\ \lim_{t→x^+}g(t) & \text{se $x∈P∖\{a,b\}$} \\ \end{cases} $ Os outros três só diferem desse no último caso. Quando $x∈P∖\{a,b\}$, temos: $g_R(x) = \lim_{t→x^-}g(t)$ $g_{up}(x) = \max(\lim_{t→x^-}g(t), \lim_{t→x^+}g(t))$ $g_{dn}(x) = \min(\lim_{t→x^-}g(t), \lim_{t→x^+}g(t))$ \bsk \def\bothlines#1{\overline{\underline{#1}}} \def\lupi#1#2{\overline {#1}_{#2}} \def\ldni#1#2{\underline{#1}_{#2}} \def\ludi#1#2{\bothlines{#1}_{#2}} \def\lup #1#2{\overline {#1}_{#2,up}} \def\ldn #1#2{\underline{#1}_{#2,dn}} \def\lud #1#2{\bothlines{#1}_{#2,up}} % «somas-sups-e-infs» (to ".somas-sups-e-infs") {\bf Somas superiores e inferiores} $\overline{∫}_P f(x)\,dx = \sum_{i=1}^{N} (\sup_{x∈[a_i, b_i]} f(x)) \, (b_i-a_i) $ $\underline{∫}_P f(x)\,dx = \sum_{i=1}^{N} (\inf_{x∈[a_i, b_i]} f(x)) \, (b_i-a_i) $ Dá pra interpretar esses somatórios como funções-escada com domínio $[a,b]∖P$: $\lupi fP (x) = \sup_{x∈[a_i, b_i]} f(x)$ se $x∈(a_i,b_i)$, $\ldni fP (x) = \inf_{x∈[a_i, b_i]} f(x)$ se $x∈(a_i,b_i)$. E podemos completá-las: $\lup fP = (\lupi fP)_{up}$, $\ldn fP = (\ldni fP)_{dn}$. {\bf Exercício.} Represente graficamente $\lupi f{P_1}$, $\ldni f{P_1}$, $\lup f{P_1}$, $\ldn f{P_1}$, $\lupi f{P_2}$, $\ldni f{P_2}$, $\lup f{P_2}$, $\ldn f{P_2}$, etc, para a função $f$ e as partições $P_1$, $P_2$, $P_3$, $P_4$ da página \pageref{particoes}. \bsk Note que podemos ``abrir'' as definições de $g_L$, $g_R$, $g_{up}$, $g_{dn}$... Por exemplo, se $P=\{0,1,2,3,4\}$ então $a=0$, $b=4$, $N=4$, $g_{up}(x) = \begin{cases} g(x) & \text{se $x∈[0,4]∖\{0,1,2,3,4\}$} \\ \lim_{t→0^+}g(t) & \text{se $x=0$} \\ \lim_{t→4^-}g(t) & \text{se $x=4$} \\ \max(\lim_{t→x^-}g(t), \lim_{t→x^+}g(t)) & \text{se $x∈\{0,1,2,3,4\}∖\{0,4\}$} \\ \end{cases} $ e: $g_{up}(1) = \max(\lim_{t→1^-}g(t), \lim_{t→1^+}g(t))$ $g_{up}(2) = \max(\lim_{t→2^-}g(t), \lim_{t→2^+}g(t))$ $g_{up}(3) = \max(\lim_{t→3^-}g(t), \lim_{t→3^+}g(t))$ \newpage {\bf A diferença entre a soma superior e a inferior} $\bothlines{∫}_P f(x)\,dx = \sum_{i=1}^{N} (\sup_{x∈[a_i, b_i]} f(x) - \inf_{x∈[a_i, b_i]} f(x)) \, (b_i-a_i) $ Dá pra interpretar esse somatório como uma função-escada com domínio $[a,b]∖P$, que corresponde a pegar todos os retângulos entre $\ldni fP$ e $\lupi fP$ e deslocá-los na vertical até eles ficarem apoiados no eixo horizontal: $\bothlines{f}_P(x) = (\sup_{x∈[a_i, b_i]} f(x)) - (\inf_{x∈[a_i, b_i]} f(x))$ se $x∈(a_i,b_i)$, E podemos completá-la: $\bothlines{f}_{P,up} = (\bothlines{f}_P)_{up}$, {\bf Exercício.} Represente graficamente $\bothlines{f}_{P_i}$ e $\bothlines{f}_{P_i,up}$ para a função $f$ e as partições $P_3$, $P_1$ e $P_5$ da página \pageref{particoes}. \bsk % _ % | | __ _ _ __ __ _ _ _ _ __ __ _ % | | / _` | '__/ _` | | | | '__/ _` | % | |__| (_| | | | (_| | |_| | | | (_| | % |_____\__,_|_| \__, |\__,_|_| \__,_| % |___/ % % «largura-de-particao» (to ".largura-de-particao") {\bf Larguras de partições} A {\sl largura} de uma partição $P$ é definida como a largura do seu {\sl maior} subintervalo: $||P|| = \max(b_1-a_1, \, \ldots, \, b_N-a_N)$ Vamos usar muito a idéia de uma sequência de partições ``cada vez mais finas'' do intervalo $[a,b]$. Vamos precisar de duas notações novas (temporárias!): 1) $Q_1≥Q_2$ (pronúncia: ``$Q_1$ é mais grossa que $Q_2$'', ou ``$Q_2$ mais fina que $Q_1$'') indica que $Q_1$ e $Q_2$ são partições do mesmo intervalo e além disso $Q_1⊆Q_2$; ou seja, $Q_2$ é obtida a partir de $Q_1$ subdividindo alguns intervalos de $Q_1$. Note que $Q_1≥Q_2$ implica $||Q_1||≥||Q_2||$. 2) A notação $Q_1≥Q_2≥\ldots→[a,b]$ vai indicar que $Q_1, Q_2, \ldots$ são partições de $[a,b]$ com $Q_1≥Q_2≥Q_3≥\ldots$ e $\lim_{i→∞} ||Q_i||=0$. 3) A notação $Q_1,Q_2,\ldots→[a,b]$ vai indicar que $Q_1, Q_2, \ldots$ são partições de $[a,b]$ que não necessariamente obedecem $Q_1≥Q_2≥Q_3≥\ldots$, mas para as quais vale $\lim_{i→∞} ||Q_i||=0$. \ssk Um modo de obter uma sequência $Q_1≥Q_2≥\ldots→[a,b]$ é começar com $Q_1=\{a,b\}$, e ir dividindo sempre cada subintervalo em 2: $Q_2$ tem 2 subintervalos, $Q_3$ tem 4, $Q_4$ tem 8, e assim por diante. Um modo de obter uma sequência $Q_1,Q_2,\ldots→[a,b]$ é fazer com que cada $Q_i$ seja a partição do intervalo $[a,b]$ em $i$ subintervalos iguais. \bsk {\bf Funções integráveis: introdução} Seja $[a,b]$ um intervalo e $f:[a,b]→\R$ uma função contínua (qualquer!). Seja $Q_1≥Q_2≥\ldots→[a,b]$ uma sequência de partições cada vez mais finas. Então, quando $i→∞$ (teorema!): a) $\overline {∫}_{Q_i} f(x)\,dx$ e $\underline{∫}_{Q_i} f(x)\,dx$ convergem para o mesmo número, b) $\lup{f}{Q_i}$ e $\ldn{f}{Q_i}$ convergem para $f$ em todo $x→[a,b]$, c) $\lud{f}{Q_i}$ converge para $0$ em todo $x→[a,b]$. \newpage % (c2qe171) % (c2q171 18 "20170405" "TFC2 e regra da substituição") % (c2q171 20 "20170412" "Substituição; omitindo limites de integração") % (find-angg ".emacs" "c2q171" "Integrais de potências de sen e cos") % (c2qe171) % (c2q171 11 "20170329" "TFC1 e TFC2") % (c2qe171) % (c2q171 13 "20170403" "Integrando pelo método do chutar e testar") % (c2qe171) % (c2q171 22 "20170417" "Integração por partes") % (c2qe171) % (c2q171 24 "20170419" "Diferenciais") % (c2q171 26 "20170424" "Aproximações lineares") % (c2q171 28 "20170426" "Aproximações lineares: truques") \end{document} % Local Variables: % coding: utf-8-unix % ee-tla: "c2m172" % End: