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% (find-LATEX "2020-1-C3-superficies-1.tex") % (defun c () (interactive) (find-LATEXsh "lualatex -record 2020-1-C3-superficies-1.tex" :end)) % (defun D () (interactive) (find-pdf-page "~/LATEX/2020-1-C3-superficies-1.pdf")) % (defun d () (interactive) (find-pdftools-page "~/LATEX/2020-1-C3-superficies-1.pdf")) % (defun e () (interactive) (find-LATEX "2020-1-C3-superficies-1.tex")) % (defun u () (interactive) (find-latex-upload-links "2020-1-C3-superficies-1")) % (defun v () (interactive) (find-2a '(e) '(d)) (g)) % (find-pdf-page "~/LATEX/2020-1-C3-superficies-1.pdf") % (find-sh0 "cp -v ~/LATEX/2020-1-C3-superficies-1.pdf /tmp/") % (find-sh0 "cp -v ~/LATEX/2020-1-C3-superficies-1.pdf /tmp/pen/") % file:///home/edrx/LATEX/2020-1-C3-superficies-1.pdf % file:///tmp/2020-1-C3-superficies-1.pdf % file:///tmp/pen/2020-1-C3-superficies-1.pdf % http://angg.twu.net/LATEX/2020-1-C3-superficies-1.pdf % (find-LATEX "2019.mk") % «.defs» (to "defs") % «.title» (to "title") % «.sombrero» (to "sombrero") % «.postes» (to "postes") % «.exercicio-1» (to "exercicio-1") % «.dica-cabos» (to "dica-cabos") % «.exercicio-2» (to "exercicio-2") \documentclass[oneside,12pt]{article} \usepackage[colorlinks,citecolor=DarkRed,urlcolor=DarkRed]{hyperref} % (find-es "tex" "hyperref") \usepackage{amsmath} \usepackage{amsfonts} \usepackage{amssymb} \usepackage{pict2e} \usepackage[x11names,svgnames]{xcolor} % (find-es "tex" "xcolor") \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-LATEX "edrx15.sty") \input edrxaccents.tex % (find-LATEX "edrxaccents.tex") \input edrxchars.tex % (find-LATEX "edrxchars.tex") \input edrxheadfoot.tex % (find-LATEX "edrxheadfoot.tex") \input edrxgac2.tex % (find-LATEX "edrxgac2.tex") % %\usepackage[backend=biber, % style=alphabetic]{biblatex} % (find-es "tex" "biber") %\addbibresource{catsem-slides.bib} % (find-LATEX "catsem-slides.bib") % % (find-es "tex" "geometry") \usepackage[a6paper, landscape, top=1.5cm, bottom=.25cm, left=1cm, right=1cm, includefoot ]{geometry} % \begin{document} \catcode`\^^J=10 \directlua{dofile "dednat6load.lua"} % (find-LATEX "dednat6load.lua") %L dofile "edrxtikz.lua" -- (find-LATEX "edrxtikz.lua") %L dofile "edrxpict.lua" -- (find-LATEX "edrxpict.lua") \pu % «defs» (to ".defs") % (find-LATEX "edrx15.sty" "colors-2019") \long\def\ColorRed #1{{\color{Red1}#1}} \long\def\ColorViolet#1{{\color{MagentaVioletLight}#1}} \long\def\ColorViolet#1{{\color{Violet!50!black}#1}} \long\def\ColorGreen #1{{\color{SpringDarkHard}#1}} \long\def\ColorGreen #1{{\color{SpringGreenDark}#1}} \long\def\ColorGreen #1{{\color{SpringGreen4}#1}} \long\def\ColorGray #1{{\color{GrayLight}#1}} \long\def\ColorGray #1{{\color{black!30!white}#1}} \long\def\ColorBrown #1{{\color{Brown}#1}} \long\def\ColorBrown #1{{\color{brown}#1}} \long\def\ColorShort #1{{\color{SpringGreen4}#1}} \long\def\ColorLong #1{{\color{Red1}#1}} \def\frown{\ensuremath{{=}{(}}} \def\True {\mathbf{V}} \def\False{\mathbf{F}} \def\drafturl{http://angg.twu.net/LATEX/2020-1-C2.pdf} \def\drafturl{http://angg.twu.net/2020.1-C2.html} \def\draftfooter{\tiny \href{\drafturl}{\jobname{}} \ColorBrown{\shorttoday{} \hours}} % _____ _ _ _ % |_ _(_) |_| | ___ _ __ __ _ __ _ ___ % | | | | __| |/ _ \ | '_ \ / _` |/ _` |/ _ \ % | | | | |_| | __/ | |_) | (_| | (_| | __/ % |_| |_|\__|_|\___| | .__/ \__,_|\__, |\___| % |_| |___/ % % «title» (to ".title") % (c3m201sups1p 1 "title") % (c3m201sups1a "title") \thispagestyle{empty} \begin{center} \vspace*{1.2cm} {\bf \Large Cálculo 3 - 2020.1} \bsk Aulas 9 e 10: introdução a superfícies e curvas de nível \bsk Eduardo Ochs - RCN/PURO/UFF \url{http://angg.twu.net/2020.1-C3.html} \end{center} \newpage \vspace*{2cm} {\footnotesize Obs: nós começamos a aula de hoje fazendo os exercícios 4 e 5 da aula passada, que ninguém tinha conseguido terminar... Link: \ssk \url{http://angg.twu.net/LATEX/2020-1-C3-taylor-3.pdf} } \newpage Nós estamos usando dois truques diferentes pra fazer esboços de trajetórias. O primeiro truque foi calcular $P(t)$ para vários valores de $t$ e aí ligar os pontos de algum jeito que nos pareça razoável; o segundo foi usar $P(t_0), P'(t_0), P''(t_0), \ldots$ para conseguir aproximações de primeira e de segunda ordem para a trajetória $P$ em torno do instante $t_0$. Nossos primeiros exercícios de hoje vão ser sobre como adaptar o método do ``calcular $P(t)$ para vários valores de $t$ e aí ligar os pontos de algum jeito que nos pareça razoável'' para funções $F:\R^2→\R$. Você vai precisar de papel -- eu vou supor que o seu papel está na horizontal sobre uma mesa --, lápis, e um pouco de coordenação motora e imaginação. Desenhe os eixos $x$ e $y$ no papel de forma que cada unidade nos eixos corresponda a 1cm -- por exemplo, o ponto $(1,0)$ deve estar a 1cm do ponto $(0,0)$. Desenhe um quadriculado se isso te ajudar. \newpage % «sombrero» (to ".sombrero") % (c3m201sups1p 5 "sombrero") % (c3m201sups1a "sombrero") Pegue algum objeto bem pontudo, como por exemplo uma caneta ou uma faca de ponta. Você vai usar ele pra apontar pontos em $\R^3$. \ColorRed{O eixo $z$ vai apontar fora do papel e pra cima.} Os pontos de $\R^3$ com $z=0$, como $(3,2,0)$, vão estar exatamente sobre o papel. Os pontos de $\R^3$ com $z=1$, como $(3,2,1)$, vão estar flutuando exatamente 1cm acima sobre o papel -- e o ponto $(3,2,1)$ vai estar exatamente 1cm acima do ponto $(3,2,0)$. É beeeem difícil desenhar à mão superfícies como o ``sombrero'' que eu usei como exemplo no início da aula 5 -- link: \ssk \url{http://angg.twu.net/LATEX/2020-1-C3-taylor-2.pdf} \ssk \noindent ...mas é bem fácil desenhar versões super-low-tech dessas superfícies de um jeito que \ColorRed{eu, você e os seus colegas que estão fazendo este curso de Cálculo 3 com você} entendam. \newpage % (c3m201taylor2p 2 "sombrero") % (c3m201taylor2 "sombrero") O sombrero da aula 5 era esta superfície: % $$S = \setofst{(x,y,x)}{r = \sqrt{x^2 + y^2}, z = \sen(r)/r}:$$ % % (find-node "(octave)Three-Dimensional Plots" "sombrero") % (find-fline "/usr/share/info/mesh.png") % (find-fline "~/LATEX/2020-1-C3/") % (find-latexgimp-links "2020-1-C3/mesh") % (find-fline "~/LATEX/2020-1-C3/mesh.png") $$\includegraphics[height=4cm]{2020-1-C3/mesh.png}$$ \newpage % «postes» (to ".postes") % (c3m201sups1p 6 "postes") % (c3m201sups1 "postes") {\bf Postes} \ssk Vamos começar com um exemplo mais simples que o sombrero, e que quase todo mundo deve ter visto no final do curso de Geometria Analitica. Seja $F(x,y) = x^2+y^2$ e vamos tentar visualizar o parabolóide % $$P = \setofst{(x,y,z)∈\R^2}{z=F(x,y)}.$$ Por exemplo, para $(x,y) = (3,2)$ temos $F(x,y) = 3^2+2^2 = 13$, e o ponto da superfície $P$ que tem $x=3$ e $y=2$ é o ponto no qual $z=13$... isto é, é o ponto $(3,2,13)$, que está 13cm acima do ponto $(3,2,0)$, que está na superfície do papel. Vamos representar isso graficamente escrevendo o número ``13'' no ponto $(3,2)$ do nosso plano $(x,y)$. Esse número 13 vai querer dizer ``\ColorRed{imagine que tem um poste de 13cm aqui feito de madeira infinitamente fina. O ponto no topo deste poste pertence à nossa superfície}''. \newpage {\bf Postes (2)} \ssk Se escrevermos a altura dos postes em vários pontos de $\R^2$ com coordenadas inteiras vamos obter o desenho abaixo à esquerda... e se a nossa função fosse $F(x,y)=xy$ obteríamos o desenho abaixo à direita -- \ColorRed{em que alguns postes têm altura negativa}. % (find-LATEX "material-para-GA.tex" "pictureFxy") \unitlength=15pt \def\tcell#1{\lower\celllower\hbox to 0pt{\hss\cellfont#1\hss}} \def\pictureFxy(#1,#2)(#3,#4)#5{% \vcenter{\hbox{% \beginpictureb(#1,#2)(#3,#4){.7}% {\color{GrayPale}% \Line(#1,0)(#3,0)% \Line(0,#2)(0,#4)% } \expr{pictFxy("#5")} \end{picture}% }}% } % (mpgp 24 "Fxy") % (mpg "Fxy") \def\smF#1{\sm{F(x,y) \\ #1} ⇒} $\smF{\;\;\;=\,x^2+y^2} \pictureFxy(-3,-2)(3,2){x*x+y*y} \quad \smF{\;\;\;=\,xy} \pictureFxy(-3,-3)(3,3){x*y} $ \newpage {\bf Postes (2)} \ssk O sombrero do slide 5 foi desenhado exatamente por este método. Pra um certo grid de pontos $(x,y)∈\R^2$ um programa calculou a altura do poste em cada ponto -- e depois desenhos cabos grossos ligando o ponto no topo de cada poste aos pontos no topo dos postes acima, abaixo, à direita e à esquerda dele. \newpage % «exercicio-1» (to ".exercicio-1") % (c3m201sups1p 9 "exercicio-1") % (c3m201sups1 "exercicio-1") {\bf Exercício 1.} \ssk a) Faça o ``diagrama de numerozinhos'' (como os que acabamos de fazer) para a função $F(x,y) = (x+y)·y$. \msk b) Leia o início da seção 3.3 do Bortolossi (no capítulo 3) e entenda o conceito de curvas de nível. Faça o exercício 24 da página 113 do capítulo 3. Repare que ele dá a fórmula para cada superfício só por curiosidade -- o importante neste exercício é só a gente aprender a relacionar superfícies desenhadas do jeito 3D usual com as suas curvas de nível. \msk c) (Continuação do item a) Faça as curvas de nível de $z=F(x,y) = (x+y)·y$ para $z=0$, $z=1$ e $z=2$. % (find-bortolossi3page (+ -78 97) "3.3. Curvas de nível") % (find-bortolossi3page (+ -78 98) "O desenho da curva de nível deve ser feito no plano") % (find-bortolossi3page (+ -78 114) "Curvas de nível de seis funções diferentes") % (find-bortolossi3page (+ -78 115) "Gráficos de seis funções diferentes") \newpage % «dica-cabos» (to ".dica-cabos") % (c3m201sups1p 10 "dica-cabos") % (c3m201sups1 "dica-cabos") {\bf Dica: use os cabos} \ssk Este é o diagrama de numerozinhos para $F(x,y)=x^2+y^2$: \unitlength=12pt \msk $\smF{\;\;\;=\,x^2+y^2} \pictureFxy(-3,-2)(3,2){x*x+y*y} $ Digamos que queremos usá-lo pra desenhar a curva de nível de $z=4$. Só temos 4 postes com altura 4, e se só ligarmos estes 4 postes vamos ter uma aproximação muito ruim pra curva de nível do $z=4$. Mas cada poste com altura $2$ tem dois postes vizinhos a ele com altura 5, e você pode marcar no olhômetro o ponto em que os cabos entre estes postes passam pelo plano $z=4$. Fazendo isto você vai ter 12 pontos com $z=4$, e ligando-os você consegue uma aproximação bem razoável para a curva de nível que queremos. \newpage % «exercicio-2» (to ".exercicio-2") % (c3m201sups1p 11 "exercicio-2") % (c3m201sups1 "exercicio-2") {\bf Exercício 2.} \ssk Nas aulas passadas nós vimos como fazer algumas contas usando {\sl diferenciais}. Agora vamos fazer a mesma coisa com a função $F(x,y) = (x+y)y$. Digamos que $z=F(x,y)=(x+y)y$, $x=g(t)$, $y=h(t)$. \msk a) Calcule $\frac{dz}{dt}$. Você deve obter uma equação da forma ``$\frac{dz}{dt} = \ldots$'' onde a expressão ``$\ldots$'' só menciona as variáveis $x$ e $y$ e as ``variáveis'' (entre aspas! Vamos entender os detalhes disto depois) $\frac{dx}{dt}$ e $\frac{dy}{dt}$. Chame esta equação de [a]. \ssk b) Multiplique os dois lados da [a] por $dt$ para cancelar os ``$dt$''s. Obtenha uma igualdade da forma ``$dz = \ldots dx + \ldots dy$'', onde cada ``$\ldots$'' só depende das variáveis $x$ e $y$. Chame a equação ``$dz = \ldots dx + \ldots dy$'' que você obteve de [b]. \newpage {\bf Spoilers} \ssk Exercício 2b: % (find-latexgimp-links "2020-1-C3/aula9_exercicio_2b") % (find-fline "~/LATEX/2020-1-C3/aula9_exercicio_2b.pdf") $$\includegraphics[height=6cm]{2020-1-C3/aula9_exercicio_2b.pdf}$$ %\printbibliography \end{document} % __ __ _ % | \/ | __ _| | _____ % | |\/| |/ _` | |/ / _ \ % | | | | (_| | < __/ % |_| |_|\__,_|_|\_\___| % % <make> * (eepitch-shell) * (eepitch-kill) * (eepitch-shell) # (find-LATEXfile "2019planar-has-1.mk") make -f 2019.mk STEM=2020-1-C3-superficies-1 veryclean make -f 2019.mk STEM=2020-1-C3-superficies-1 pdf % Local Variables: % coding: utf-8-unix % ee-tla: "c3m201sups1" % End: