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% (find-LATEX "2020-2-C3-rcadeia1.tex") % (defun c () (interactive) (find-LATEXsh "lualatex -record 2020-2-C3-rcadeia1.tex" :end)) % (defun C () (interactive) (find-LATEXsh "lualatex 2020-2-C3-rcadeia1.tex" "Success!!!")) % (defun D () (interactive) (find-pdf-page "~/LATEX/2020-2-C3-rcadeia1.pdf")) % (defun d () (interactive) (find-pdftools-page "~/LATEX/2020-2-C3-rcadeia1.pdf")) % (defun e () (interactive) (find-LATEX "2020-2-C3-rcadeia1.tex")) % (defun o () (interactive) (find-LATEX "2020-2-C3-rcadeia1.tex")) % (defun u () (interactive) (find-latex-upload-links "2020-2-C3-rcadeia1")) % (defun v () (interactive) (find-2a '(e) '(d))) % (defun d0 () (interactive) (find-ebuffer "2020-2-C3-rcadeia1.pdf")) % (defun cv () (interactive) (C) (ee-kill-this-buffer) (v) (g)) % (code-eec-LATEX "2020-2-C3-rcadeia1") % (find-pdf-page "~/LATEX/2020-2-C3-rcadeia1.pdf") % (find-sh0 "cp -v ~/LATEX/2020-2-C3-rcadeia1.pdf /tmp/") % (find-sh0 "cp -v ~/LATEX/2020-2-C3-rcadeia1.pdf /tmp/pen/") % (find-xournalpp "/tmp/2020-2-C3-rcadeia1.pdf") % file:///home/edrx/LATEX/2020-2-C3-rcadeia1.pdf % file:///tmp/2020-2-C3-rcadeia1.pdf % file:///tmp/pen/2020-2-C3-rcadeia1.pdf % http://angg.twu.net/LATEX/2020-2-C3-rcadeia1.pdf % (find-LATEX "2019.mk") % (find-CN-aula-links "2020-2-C3-rcadeia1" "3" "c3m202rcadeia1" "c37") % % Video: % (find-ssr-links "c3m202rcadeia1" "2020-2-C3-rcadeia1" "{hash}") % (code-eevvideo "c3m202rcadeia1" "2020-2-C3-rcadeia1" "{hash}") % (code-eevlinksvideo "c3m202rcadeia1" "2020-2-C3-rcadeia1" "{hash}") % (find-c3m202rcadeia1video "0:00") % «video-numerozinhos» (to ".video-numerozinhos") % (c3m202rcadeia1a "video-numerozinhos") % (find-ssr-links "c3m202rcadeia1b" "2020-2-C3-rcadeia1-b" "{hash}") % (code-eevvideo "c3m202rcadeia1b" "2020-2-C3-rcadeia1-b" "{hash}") % (code-eevlinksvideo "c3m202rcadeia1b" "2020-2-C3-rcadeia1-b" "{hash}") % (find-c3m202rcadeia1bvideo "0:00") % (find-c3m202rcadeia1bvideo "0:48" "Exercicio 4") % (find-c3m202rcadeia1bvideo "1:11" "vão ter que ver como o Bortolossi desenha") % (find-c3m202rcadeia1bvideo "1:52" "ele tem alguns truques de visualização") % (find-c3m202rcadeia1bvideo "2:11" "pontos em R^3 em perspectiva") % (find-c3m202rcadeia1bvideo "2:30" "e aí explica como fazer cortes") % (find-c3m202rcadeia1bvideo "2:45" "cortes em planos paralelos ao plano xy") % (find-c3m202rcadeia1bvideo "3:25" "cortes em outros planos") % (find-c3m202rcadeia1bvideo "4:25" "ruim porque tem raízes quadradas") % (find-c3m202rcadeia1bvideo "5:10" "G(x,y) = x^2+y^2") % (find-c3m202rcadeia1bvideo "6:54" "G(0,0) = 0, G(1,0) = ...") % (find-c3m202rcadeia1bvideo "7:53" "e agora a gente vai desenhar eles no plano") % (find-c3m202rcadeia1bvideo "8:05" "em cima do ponto (0,0)") % (find-ssr-links "c3m202rcadeia1c" "2020-2-C3-rcadeia1-c" "{hash}") % (code-eevvideo "c3m202rcadeia1c" "2020-2-C3-rcadeia1-c" "{hash}") % (code-eevlinksvideo "c3m202rcadeia1c" "2020-2-C3-rcadeia1-c" "{hash}") % (find-c3m202rcadeia1cvideo "0:00") % 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% «.tipos» (to "tipos") % «.exercicio-3» (to "exercicio-3") % «.semi-esfera» (to "semi-esfera") % «.exercicio-4» (to "exercicio-4") % «.exercicio-5» (to "exercicio-5") % «.exercicio-6» (to "exercicio-6") % «.exercicio-7» (to "exercicio-7") % «.exercicio-8» (to "exercicio-8") % «.exercicio-9» (to "exercicio-9") % «.exercicio-9-dicas» (to "exercicio-9-dicas") % «.dicas-sobre-as-dicas» (to "dicas-sobre-as-dicas") % «.thomas-intro» (to "thomas-intro") % «.figura-thomas» (to "figura-thomas") % «.exercicio-10» (to "exercicio-10") % «.tipos-de-novo» (to "tipos-de-novo") % «.exercicio-13» (to "exercicio-13") % «.exercicio-14» (to "exercicio-14") % «.exercicio-15» (to "exercicio-15") % % «.djvuize» (to "djvuize") \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\ColorOrange#1{{\color{orange}#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\D {\displaystyle} \def\drafturl{http://angg.twu.net/LATEX/2020-2-C3.pdf} \def\drafturl{http://angg.twu.net/2020.2-C3.html} \def\draftfooter{\tiny \href{\drafturl}{\jobname{}} \ColorBrown{\shorttoday{} \hours}} % _____ _ _ _ % |_ _(_) |_| | ___ _ __ __ _ __ _ ___ % | | | | __| |/ _ \ | '_ \ / _` |/ _` |/ _ \ % | | | | |_| | __/ | |_) | (_| | (_| | __/ % |_| |_|\__|_|\___| | .__/ \__,_|\__, |\___| % |_| |___/ % % «title» (to ".title") % (c3m202rcadeia1p 1 "title") % (c3m202rcadeia1a "title") \thispagestyle{empty} \begin{center} \vspace*{1.2cm} {\bf \Large Cálculo 3 - 2020.2} \bsk Aula 7: Regra da Cadeia (1) (E um pouco de curvas de nível) \bsk Eduardo Ochs - RCN/PURO/UFF \url{http://angg.twu.net/2020.2-C3.html} \end{center} \newpage % «exercicio-1» (to ".exercicio-1") % (c3m202rcadeia1p 2 "exercicio-1") % (c3m202rcadeia1a "exercicio-1") % (find-bortolossi5page (+ -162 172) "omitir os pontos onde as parciais são calculadas") Dê uma olhada nas páginas 172 e 173 do capítulo 5 do Bortolossi, onde ele diz ``Cuidado! Cuidado! Cuidado!''... ele fala que vai evitar certas notações. Nos exercícios de hoje nós vamos começar a usar algumas das notações que ele prefere evitar, e daqui a algumas aulas nós vamos aprender a formalizar essas notações. \bsk {\bf Exercício 1.} Seja $h(x) = f(g(x))$. Sabemos que $h'(x) = f'(g(x)) g'(x)$, pela regra da cadeia... a) Calcule $h''(x)$. b) Calcule $h'''(x)$. \bsk Dica: % % (find-latexscan-links "C3" "20210226_regra_da_cadeia_1") % (find-xpdf-page "~/LATEX/2020-2-C3/20210226_regra_da_cadeia_1.pdf") $\myvcenter{ \includegraphics[height=2cm]{2020-2-C3/20210226_regra_da_cadeia_1.pdf} }$ \newpage {\bf Exercício 1 (cont.)} \ssk Repare que nos itens acima $g$, $g'$, $g''$ e $g'''$ sempre aparecem ``calculadas no ponto $x$'', ou seja, como $g(x)$, $g'(x)$, $g''(x)$ e $g'''(x)$... e $f$, $f'$, $f''$ e $f'''$ sempre aparecem ``calculadas no ponto $g(x)$'', ou seja, como $f(g(x))$, $f'(g(x))$, $f''(g(x))$ e $f'''(g(x))$. Se abreviarmos as nossas contas omitindo esses pontos de aplicação vamos conseguir fórmulas bem mais curtas, como $h'=f'g'$. c) Reescreva $h''(x)$ usando essas abreviações. % $h''= \; \ColorRed{?}$ d) Reescreva $h'''(x)$ usando essas abreviações. % $h'''= \; \ColorRed{?}$ \newpage % «exercicio-1-dica» (to ".exercicio-1-dica") % (c3m202rcadeia1p 4 "exercicio-1-dica") % (c3m202rcadeia1a "exercicio-1-dica") Dica: \bsk %D diagram ex1-dica1 %D 2Dx 100 +70 +55 %D 2D 100 A0 %D 2D %D 2D +20 B0 %D 2D %D 2D +20 C0 C1 %D 2D %D 2D +20 D0 D1 D2 %D 2D %D ren A0 ==> f(g(x)) %D ren B0 ==> f'(g(x))g'(x) %D ren C0 C1 ==> f''(g(x))g'(x)g'(x) f'(g(x))g''(x) %D ren D0 D1 D2 ==> f'''(g(x))g'(x)g'(x)g'(x) f''(g(x))g'(x)g''(x) f'(g(x))g'''(x) %D %D (( A0 B0 -> # A0 B1 -> %D B0 C0 -> B0 C1 -> # B1 C1 -> B1 C2 -> %D C0 D0 -> C0 D1 -> C1 D1 -> C1 D2 -> # C2 D2 -> C2 D3 -> %D %D )) %D enddiagram %D %D diagram ex1-dica2 %D 2Dx 100 +30 +25 %D 2D 100 A0 %D 2D %D 2D +20 B0 %D 2D %D 2D +20 C0 C1 %D 2D %D 2D +20 D0 D1 D2 %D 2D %D ren A0 ==> f %D ren B0 ==> f'g' %D ren C0 C1 ==> f''g'g' f'g'' %D ren D0 D1 D2 ==> f'''g'g'g' f''g'g'' f'g''' %D %D (( A0 B0 -> # A0 B1 -> %D B0 C0 -> B0 C1 -> # B1 C1 -> B1 C2 -> %D C0 D0 -> C0 D1 -> C1 D1 -> C1 D2 -> # C2 D2 -> C2 D3 -> %D %D )) %D enddiagram %D $\pu \scalebox{0.70}{$ \diag{ex1-dica1} \qquad \diag{ex1-dica2} $} $ \bsk \bsk % Exemplo: $$\begin{array}{l} \frac{d}{dx} \; f''(g(x))g'(x)g'(x) \\ = \; f'''(g(x))g'(x)g'(x)g'(x) + 2 f''(g(x))g'(x)g''(x) \\ \end{array} $$ \newpage Agora nós vamos começar a ver funções de $\R^2$ em $\R$, que vão definir \ColorRed{superfícies}. Por exemplo, se $F(x,y) = x^2+y^2$ então este conjunto % $$\setofxyzst{z = F(x,y)}$$ vai ser uma superfície --- um parabolóide. Nos outros semestres eu tentei ensinar superfícies começando por um método de ``ligue os pontos'' em 3D, que era uma adaptação da idéia de que podemos desenhar uma aproximação para um curva em $\R^2$ começando pelos pontos $(a-1,f(a-1))$, $(a,f(a))$, $(a+1,f(a+1))$... \newpage ...mas desta vez nós vamos começar por dois outros assuntos: \begin{itemize} \item Cortes. \ColorRed{Dê uma olhada no capítulo 3 do Bortolossi, nas páginas 81 até 95. Tente pelo menos entender as figuras!} % (find-bortolossi3page (+ -78 81) "3.2. Funções de duas variáveis") % (find-bortolossi3page (+ -78 86) "Vamos tentar outros cortes. (Figs: pp.90-95)") % (find-bortolossi3page (+ -78 93) "Exemplo 3.2. Sela de cavalo.") \item Derivadas parciais. \ColorRed{Dê uma olhada no capítulo 5 do Bortolossi, nas páginas 163 até 167. Tente pelo menos entender as figuras!} Os próximos exercícios vão nos ajudar a entender estas idéias na prática. % (find-bortolossi5page (+ -161 162) "5. Derivadas parciais") % (find-bortolossi5page (+ -161 162) "5.1. Lembrando Cálculo 1") % (find-bortolossi5page (+ -162 164) "5.2. Definições e exemplos") % (find-bortolossi5page (+ -162 165) "Fig. 5.2: Interpretação geométrica") % (find-bortolossi5page (+ -162 167) "Exemplo 5.1: Cobb-Douglas") % (find-bortolossi5page (+ -162 170) "derivada parcial") % (find-bortolossi5page (+ -162 171) "a notação D_1 f é a mais clara") % (find-bortolossi5page (+ -162 172) "omitir os pontos onde as parciais são calculadas") \end{itemize} \newpage % «exercicio-2» (to ".exercicio-2") % (c3m202rcadeia1p 7 "exercicio-2") % (c3m202rcadeia1a "exercicio-2") {\bf Exercício 2.} \ssk Sejam $F(x,y) = (x+5)y$, $g(t) = \sen t$, $h(t) = e^{2t}$. a) Calcule $\frac{d}{dt} F(g(t),h(t))$. b) Calcule $\frac{∂}{∂x}F(x,y)$ e $\frac{∂}{∂y}F(x,y)$. c) Calcule $\frac{d}{dt}g(t)$ e $\frac{d}{dt}h(t)$. \msk Nós vamos usar bastante as notações $F_x = \frac{∂}{∂x}F$ e $F_y = \frac{∂}{∂y}F$, que o Bortolossi usa pouco. d) Calcule $F_x(x,y)$ e $F_y(x,y)$. e) Calcule $F_x(g(t),h(t))g'(t)$ e $F_y(g(t),h(t))h'(t)$. A (e) deve dar o mesmo resultado que a (a). \msk Faça todos os itens do exercício [01] da página 177 do Bortolossi (no capítulo 5). \newpage % «tipos» (to ".tipos") % (c3m202rcadeia1p 8 "tipos") % (c3m202rcadeia1a "tipos") {\bf Tipos} \ssk {\bf TUDO} que nós vamos fazer em Cálculo 3 pode ser {\sl visualizado} e {\sl tipado}. Você já viu um pouco de tipos em {\tt C} e em Física; em Física os ``tipos'' são parcialmente determinados pelas unidades --- metros são distância, segundos são tempo, metros/segundo é uma unidade de velocidade, e assim por diante... Dê uma olhada nas páginas 164 a 166 do capítulo 5 do Bortolossi. Todas as expressões que aparecem lá podem ser ``tipadas'' e interpretadas como posições no eixo $x$ (ou no eixo $y$, ou no eixo $y$), ou como distâncias no eixo $x$ (ou no eixo $y$, ou $z$), ou como {\sl inclinações}... vamos ver os detalhes disto aos poucos. \newpage Além das abreviações que nós vimos nos slides anteriores, em que a gente só omite o ponto de avaliação e escreve ``$g$'' ao invés de ``$g(t)$'', existe uma outra convenção de abreviações que enfatiza os ``tipos'': a ``notação de Leibniz''. Por exemplo, se a gente \ColorRed{define} que % $$\begin{array}{rcl} x = g(t) \\ y = h(t) \\ z = F(x,y) \\ \end{array} $$ % então $z=F(g(t),h(t))$, $z_x = F_x(g(t),h(t))$, etc. \newpage % «exercicio-3» (to ".exercicio-3") {\bf Exercício 3.} \ssk a) Digamos que $y = g(x)$ e $z = f(y)$. Traduza isto aqui para notação padrão: $\frac{dz}{dy} \frac{dy}{dx} = \frac{dz}{dx}$. b) Digamos que $y = g(x)$ e $z = f(y)$. Calcule $z_{xx}$ de dois jeitos: à esquerda use a notação de Leibniz, à direita traduza todas as suas contas da esquerda para notação padrão. c) Digamos que $x = g(t)$, $y = h(t)$, $z = F(x,y)$. Traduza isto aqui para notação padrão: $\frac{dz}{dt} = z_x x_t + z_y y_t$. Faça a tradução bem passo a passo se precisar! d) Calcule $\frac{d}{dt} \frac{d}{dt} z$ e traduza as suas contas para a notação padrão. \newpage % «semi-esfera» (to ".semi-esfera") % (c3m202rcadeia1p 11 "semi-esfera") % (c3m202rcadeia1a "semi-esfera") Agora vamos fazer uma série de exercícios que têm a ver com os ``cortes'' que o Bortolossi explica nas páginas 81 a 95 (no capítulo 3). Seja $F(x,y)$ esta função aqui: % $$ F(x,y) = \begin{cases} \sqrt{5^2 - x^2 - y^2} & \text{quando $5^2 - x^2 - y^2≥0$}, \\ 0 & \text{quando $5^2 - x^2 - y^2<0$,} \\ \end{cases} $$ % (find-bortolossi3page (+ -78 81) "3.2. Funções de duas variáveis") % (find-bortolossi3page (+ -78 86) "Vamos tentar outros cortes. (Figs: pp.90-95)") % (find-bortolossi3page (+ -78 93) "Exemplo 3.2. Sela de cavalo.") % «exercicio-4» (to ".exercicio-4") % (c3m202rcadeia1p 11 "exercicio-4") % (c3m202rcadeia1a "exercicio-4") {\bf Exercício 4.} \ssk Represente graficamente estes subconjuntos de $\R^2$: a) $\setofxyst{5^2 - x^2 - y^2 = 0}$ b) $\setofxyst{5^2 - x^2 - y^2 < 0}$ c) $\setofxyst{5^2 - x^2 - y^2 ≥ 0}$ d) $\setofxyst{F(x,y)=1}$ e) $\setofxyst{F(x,y)=2}$ f) $\setofxyst{F(x,y)=3}$ \newpage {\bf Exercício 4 (cont.)} \ssk g) $\setofxyst{F(x,y)=4}$ h) $\setofxyst{F(x,y)=5}$ i) $\setofxyst{F(x,y)=6}$ j) $\setofxyst{F(x,y)=0}$ k) $\setofxyst{F(x,y)=-1}$ \newpage % «exercicio-5» (to ".exercicio-5") % (c3m202rcadeia1p 13 "exercicio-5") % (c3m202rcadeia1a "exercicio-5") {\bf Exercício 5.} \ssk Agora seja $S$ esta superfície ($S ⊆ \R^3$): % $$S = \setofxyzst{z = F(x,y)}.$$ Represente graficamente os seguintes cortes (faça como o Bortolossi): a) $S ∩ \setofxyzst{z=1}$ b) $S ∩ \setofxyzst{z=2}$ c) $S ∩ \setofxyzst{z=3}$ d) $S ∩ \setofxyzst{z=4}$ e) $S ∩ \setofxyzst{z=5}$ f) $S ∩ \setofxyzst{z=6}$ g) $S ∩ \setofxyzst{z=0}$ h) $S ∩ \setofxyzst{z=-1}$ \newpage Neste vídeo aqui \ssk \url{http://angg.twu.net/eev-videos/2020-2-C3-rcadeia1-b.mp4} \ssk eu explico como desenhar o ``diagrama de numerozinhos'' de uma função de $\R^2$ em $\R$. No vídeo eu desenhei o diagrama de numerozinhos da função $G(x,y) = x^2 + y^2$ nos pontos $x∈\{0,1,2\}$ e $y∈\{0,1,2\}$. \bsk % «exercicio-6» (to ".exercicio-6") % (c3m202rcadeia1p 14 "exercicio-6") % (c3m202rcadeia1a "exercicio-6") {\bf Exercício 6.} \ssk Faça o diagrama de numerozinhos da função $G(x,y) = x^2 + y^2$ nos pontos $x∈\{-5, -4, \ldots, 5\}$ e $y∈\{-5, -4, \ldots, 5\}$. Você vai ter que desenhar $11·11=121$ ``numerozinhos''; parece um número gigantesco, mas se você descobrir os padrões que eles obedecem você vai conseguir fazer isso rápido... por exemplo, $G(0,2)=4$, $G(1,2)=5$, $G(2,2)=8$, $G(3,2)=13$, $G(4,2)=20$, e $5-4=1$, $8-5=3$, $13-8=5$, $20-13=7$ --- e a sequência $1,3,5,7,\ldots$ é uma P.A. (uma progressão aritmética). \newpage % «exercicio-7» (to ".exercicio-7") % (c3m202rcadeia1p 15 "exercicio-7") % (c3m202rcadeia1a "exercicio-7") {\bf Exercício 7.} \ssk Agora vamos reusar o que você fez no exercício 6 pra fazer uns ``outros cortes''. Sejam: % $$\begin{array}{rcl} G(x,y) &=& x^2+y^2, \\ S &=& \setofxyzst{z = G(x,y)}. \\ \end{array} $$ Represente graficamente os cortes abaixo: a) $S∩\setofxyzst{x=1}$ b) $S∩\setofxyzst{x=2}$ c) $S∩\setofxyzst{y=1}$ d) $S∩\setofxyzst{y=2}$ \ssk Use os truques deste video: \ssk \url{http://angg.twu.net/eev-videos/2020-2-C3-rcadeia1-c.mp4} \newpage % «exercicio-8» (to ".exercicio-8") % (c3m202rcadeia1p 16 "exercicio-8") % (c3m202rcadeia1a "exercicio-8") {\bf Exercício 8.} \ssk Use o diagrama de numerozinhos do exercício 6 pra fazer uma aproximação para esta curva de nível aqui: % $$\setofxyst{x^2+y^2 = 7}$$ Use os truques deste vídeo: \ssk \url{http://angg.twu.net/eev-videos/2020-2-C3-rcadeia1-d.mp4} \ssk O Bortolossi explica curvas de nível no capítulo 3, nas páginas 97--100. % (find-bortolossi3page (+ -78 97) "3.3. Curvas de nível") % (find-bortolossi3page (+ -78 98) "O desenho da curva de nível deve ser feito no plano") \newpage % «exercicio-9» (to ".exercicio-9") % (c3m202rcadeia1p 17 "exercicio-9") % (c3m202rcadeia1a "exercicio-9") {\bf Curvas de nível aproximadas (por segmentos de retas)} No vídeo linkado no slide anterior eu expliquei um modo de fazer um desenho {\sl aproximado} para as curvas de nível de uma função usando segmentos de retas. Nem sempre essa aproximação vai ser muito boa, mas pelo menos o resultado é ``bem definido'', no sentido de que no exercício abaixo todo mundo vai chegar exatamente no mesmo desenho. \msk {\bf Exercício 9:} Seja $F(x,y)$ a função do próximo slide. A gente só sabe o valor dela em $4·5=20$ pontos. Faças as curvas de nível aproximadas por segmentos de retas dela. (Vai ficar algo quase tão tosco quanto paisagens de Minecraft!) \newpage {\bf Exercício 9 (cont.)} % Digamos que só sabemos estes valores da $F(x,y)$: % (find-latexscan-links "C3" "20210317_curva_de_nivel") \includegraphics[height=7cm]{2020-2-C3/20210317_curva_de_nivel.pdf} \newpage % «exercicio-9-dicas» (to ".exercicio-9-dicas") Dica 1: % (find-latexscan-links "C3" "20210317_curvas_de_nivel_2") % (find-xpdf-page "~/LATEX/2020-2-C3/20210317_curvas_de_nivel_2.pdf") \includegraphics[width=5.5cm]{2020-2-C3/20210317_curvas_de_nivel_2.pdf} Dica 2: % (find-latexscan-links "C3" "20210317_curvas_de_nivel_3") % (find-xpdf-page "~/LATEX/2020-2-C3/20210317_curvas_de_nivel_3.pdf") \includegraphics[width=7cm]{2020-2-C3/20210317_curvas_de_nivel_3.pdf} \newpage % «dicas-sobre-as-dicas» (to ".dicas-sobre-as-dicas") % (c3m202rcadeia1p 20 "dicas-sobre-as-dicas") % (c3m202rcadeia1a "dicas-sobre-as-dicas") {\bf Dicas sobre as dicas (adaptadas da discussão no Telegram)} Reparem que a gente só sabe o valor de $F(x,y)$ nesses 20 pontos e a gente vai ter que {\sl tentar} visualizar essa função... por exemplo, $F(0,0)=0$ e $F(1,0)=0$, né? Então o método do vídeo vai supor que $F(x,0)$ vai ser 0 em todos os pontos entre $(0,0)$ e $(1,0)$... Deixa eu mudar o enunciado do exercício. O enunciado novo vai ser... % Confere com os das outras pessoas! Tem umas pegadinhas =) Acabei de % por esse exercicio no PDF. Pus a foto que eu mandei pra voces, mas % tambem pus uma pagina anterior com algumas explicacoes. mando uma % foto dela pra voces num instante. \begin{quote} As idéias que eu dei no vídeo dão um método que vai fazer com que todo mundo chegue nas mesmas curvas de nível {\sl se vocês decidirem juntos o que fazer no caso ambíguo da dica 2}. Eu quero que você discutam os detalhes entre vocês até todo mundo chegar a um método só e todo mundo obter as mesmas figuras. \end{quote} Tem um monte de funções contínuas do retângulo $[0,4]×[0,3]$ em $\R$. O enunciado do problema diz o valor de $F(x,y)$ em uns poucos pontos... Em princípio haveriam infinitos jeitos de obter funções $F: [0,4]×[0,3] → R$ que nos pontos que eu dei valessem os valores que eu dei... Vocês lembram daqueles problemas de trajetórias em que a gente sabia $F(t)$ e $F'(t)$ só pra alguns valores de $t$ e a gente ia tentar reconstruir a trajetória toda de algum jeito razoável a partir desses pontos? Agora é a mesma coisa, só que pior!... Por exemplo, naquele exercício de trajetórias voces poderiam começar calculando $F(0)$, $F'(0)$, $F(\pi/2)$ e $F'(\pi/2)$ porque são pontos em que as contas são fáceis, mas se vocês quisessem calcular $F(\pi/4)$ e $F'(\pi/4)$ vocês poderiam usar a calculadora ou o computador e obter os valores exatos pra esses pontos... Agora a gente está fazendo algo que parece mais com problemas ``do mundo real''. É como se vocês tivessem medido a altura da superfície só em alguns pontos e a partir disso quisessem uma aproximação razoável pro resto da superfície... Voces já viram mapas da mundo feitos em 1500 e pouquinho? Em que quem fez o mapa tinha que fazer uma boa hipótese sobre a forma da América a partir dos dados das poucas expediçõs que já tinham ido e voltado de lá? Aqui tem um exemplo --- de 1507, acho: \ssk % https://en.wikipedia.org/wiki/Waldseem%C3%BCller_map \url{https://en.wikipedia.org/wiki/Waldseem\%C3\%BCller_map} \ssk Reparem que as Américas do Sul e do Norte são bem magrinhas. Nenhum europeu sabia como elas eram na direção Oeste, na direção do Oceano Pacífico e do Japão. O que a gente está tentando fazer agora é mais ou menos a mesma coisa que isso... Algumas pessoas --- as que estão acostumadas a encontrar a única resposta certa --- vão ficar travadas durante horas... por isso é que eu queria que esse exercicio fosse uma {\sl atividade de grupo} --- porque acho que algumas outras pessoas vão comecar a discutir os melhores jeitos de fazer as curvas de nível da função $F(x,y)$, e em alguns pontos elas vão ter que fazer escolhas em conjunto, e aí em algum momento as pessoas travadas vao destravar... Reparem que a gente sabe muito pouco sobre a superfície $z = F(x,y)$. Pode ser, por exemplo, que ela tenha uma montanha altíssima com pico no ponto $(0.5,0.5)$, e um vale profundíssimo em $(1.5,0.5)$... A gente não sabe qual é a função $F(x,y)$ ``de verdade'', e eu quero ver se vocês conseguem algum desenho pras curvas de nível da $F(x,y)$ que todo mundo ache que é uma aproximação razoável. Ficou mais claro? \newpage Reparem, o Cirillo já estava comecando a fazer curvas de nível do jeito dele aqui... e eu comentei que o método que eu usei pra fazer as minhas foi um pouco diferente... O meu objetivo era que todo mundo discutisse --- Mas acho que eu fiz algumas pessoas desanimarem com uns comentários que eu fiz \bsk Voces acham que entre os dois pontos em que $F(x,y)=6$ tem um segmento de reta em que $F(x,y)$ é constante $= 6$? Ou não? {\sl (Umas pessoas acharam que sim, outras que não)} A figra da dica 2 é sobre isso... aqui a gente vai ter que DECIDIR o que faz. Tentem fazer dos dois jeitos! Se vocês usarem a opção de cima na ``dica 2'' do slide 19 vocês vão ter um segmento de reta em que $z = 6$ no segmento todo, e se vocês usarem a opção de baixo os dois `6's vão virar picos separados... % Posso gravar se eu entender melhor as duvidas de voces % Professor, não to entendendo nada % Tô um pouco perdida tbm % % Professor, o senhor poderia gravar algum vídeo explicando esse exercicio de hoje? % % Não % Não :( % % % Cirillo Moreira C3 % Photo % Reparem, o Cirillo ja' estava comecando a fazer curvas de nivel do % jeito dele aqui... e eu comentei que o metodo que eu usei pra fazer as % minhas foi um pouco diferente % O meu objetivo era que todo mundo discutisse % Mas acho que eu fiz algumas pessoas desanimarem com uns comentarios que eu fiz % % GENTE % Voces podem passar os ultimos 20 minutos de hoje discutindo o exercicio 9? % A gente vai passar pelo menos metade da aula de sexta discutindo ele tambem, mas por favor comecem hoje... % Vou colocar no PDF as figuras que eu mandei e uma parte da discussao % % OBAAAAAAA % Entao agora voces podem discutir os detalhes ate' voces chegarem a % figuras exatamente iguais =) =) =) % % prof o z = 7 seria um pico da função? % Sim! % % Voces fizeram essas figuras com segmentos de retas? % % Eu fiz % eu fui vendo valores intermediarios e aproximando % fiz com valores de intermediarios % partindo de um valor já conhecido % e aproximando % % Voces acham que entre os dois pontos em que F(x,y)=6 tem um segmento % de reta em que F(x,y) e' constante = 6? ou nao? % % acho que não % % creio que sim % % Depende. Se a representação for de uma altura constante, sim. % % Essa figura aqui e' sobre isso... aqui a gente vai ter que DECIDIR o que faz % % Acho que pode ter e pode não ter % % Atualizei o PDF: % http://angg.twu.net/LATEX/2020-2-C3-rcadeia1.pdf % (Pus as figuras mas ainda nao pus mais texto) % % Tentem fazer dos dois jeitos! Se voces usarem a opcao de cima na "dica % 2" do slide 19 voces vai ter um segmento de reta em que z = 6 no % segmento todo, e se voces usarem a opcao de baixo os dois "6"s vao % virar p icos separados... % % prof a figura seria como uma plano cheio de picos com a altura igual a z ? % Acho que ela vai ter no maximo 4 picos %e $(x_0,y_0)=(2,4)$. % (find-bortolossi5page (+ -161 162) "5. Derivadas parciais") % (find-bortolossi5page (+ -161 162) "5.1. Lembrando Cálculo 1") % (find-bortolossi5page (+ -162 164) "5.2. Definições e exemplos") % (find-bortolossi5page (+ -162 165) "Fig. 5.2: Interpretação geométrica") % Aqui a gente pode pensar que $x_0$ e $x_1$ são posições no eixo % horizontal, $y_0$ e $y_1$ são posições no eixo vertical, $Δx$ é uma % distância na horizontal, $Δy$ é uma distância na vertical, % $\frac{Δy}{Δx}$ é uma {\sl inclinação} (qual? Do quê?), e assim por % diante. % (c3m201taylor2p 5 "derivacao-implicita") % (c3m201taylor2 "derivacao-implicita") % (c3m201taylor3p 2 "na-aula-passada") % (c3m201taylor3 "na-aula-passada") % (c3m201sups1p 11 "exercicio-2") % (c3m201sups1 "exercicio-2") % (c3m201derpsp 5 "tipos") % (c3m201derps "tipos") \newpage % «thomas-intro» (to ".thomas-intro") % (c3m202rcadeia1p 25 "thomas-intro") % (c3m202rcadeia1a "thomas-intro") {\bf Uma figura do livro do Thomas} Nos próximos exercícios vocês vão tentar refazer vocês mesmos a figura do slide 27, que eu roubei do livro ``Calculus - 11th ed.'', do Thomas/Weir/Hass/Giordano... ...mas vocês vão usar esta função aqui: $$\begin{array}{rcl} G(x,y) &=& 25 - x^2 - y^2 \\ F(x,y) &=& \begin{cases} G(x,y)/5 & \text{quando $G(x,y)≥0$}, \\ 0 & \text{quando $G(x,y)<0$} \\ \end{cases} \\ \end{array} $$ ...e esta superfícies: $$\begin{array}{rcl} S &=& \setofxyzst{z = F(x,y)} \\ S' &=& \setofxyzst{x≥0, \; y≥0, \; z = F(x,y)} \\ \end{array} $$ \newpage O diagrama de numerozinhos dela é: \begin{verbatim} 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 1.0 1.6 1.8 1.6 1.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 1.4 2.4 3.0 3.2 3.0 2.4 1.4 0.0 0.0 0.0 1.0 2.4 3.4 4.0 4.2 4.0 3.4 2.4 1.0 0.0 0.0 1.6 3.0 4.0 4.6 4.8 4.6 4.0 3.0 1.6 0.0 0.0 1.8 3.2 4.2 4.8 5.0 4.8 4.2 3.2 1.8 0.0 0.0 1.6 3.0 4.0 4.6 4.8 4.6 4.0 3.0 1.6 0.0 0.0 1.0 2.4 3.4 4.0 4.2 4.0 3.4 2.4 1.0 0.0 0.0 0.0 1.4 2.4 3.0 3.2 3.0 2.4 1.4 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 1.0 1.6 1.8 1.6 1.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 \end{verbatim} % G = function (x,y) return 25 - (x*x + y*y) end % F = function (x,y) if G(x,y) >= 0 then return G(x,y)/5 else return 0 end end % for y=6,-6,-1 do % for x=6,-6,-1 do % printf("%4.1f", F(x,y)) % end % print() % end \newpage % «figura-thomas» (to ".figura-thomas") % (c3m202rcadeia1p 27 "figura-thomas") % (c3m202rcadeia1a "figura-thomas") % (find-latexscan-links "C3" "2021mar18_thomas_11-1_fig_14.15") % (find-xpdf-page "~/LATEX/2020-2-C3/2021mar18_thomas_11-1_fig_14.15.pdf") \includegraphics[height=8cm]{2020-2-C3/2021mar18_thomas_11-1_fig_14.15.pdf} % (find-books "__analysis/__analysis.el" "thomas") % (find-books "__analysis/__analysis.el" "thomas" "Figure 14.5") \newpage % «exercicio-10» (to ".exercicio-10") % (c3m202rcadeia1p 28 "exercicio-10") % (c3m202rcadeia1a "exercicio-10") {\bf Exercício 10.} Aqui vamos usar estas {\sl definições}: $x_1 = x_0 + Δx$, $y_1 = y_0 + Δy$, $z_0 = F(x_0,y_0)$, $z_1 = F(x_1,y_1)$, $Δz = z_1 - z_0$, mas em cada item os valores de $x_0, y_0, Δx, Δy$ vão ser diferentes. \msk a) Sejam $x_0=1, y_0=2, Δx=\ColorOrange{-1}, Δy=1$. {\sl Visualize} as seguintes coisas: $(x_0,y_0,0)$, $(x_1,y_0,z_0)$, $(x_0,y_1,0)$, $(x_1,y_1,0)$, $(x_0,y_0,z_0)$, $(x_1,y_1,z_1)$, $(x_0,y_1,z_0)$, $(x_1,y_0,z_0)$, $(x_1,y_1,z_0)$, $(x_0,y_0,z_0) + \VEC{Δx,Δy,Δz}$, $(x_0,y_0,z_0) + \VEC{Δx,0,\frac{∂z}{∂x}Δx}$, $(x_0,y_0,z_0) + \VEC{0,Δy,\frac{∂z}{∂y}Δy}$. \newpage Dica: algumas pessoas vão querer fazer desenhos em perspectiva, e outras vão querer calcular tudo numericamente... tudo isso é opcional. Se você conseguir visualizar todos esses objetos só olhando pro diagrama de numerozinhos e visualizando a que distância da tela cada um deles está já tá bom. \msk {\bf Exercício 10 (cont.)} Visualize as seguintes retas parametrizadas: b) $\setofst{ (x_0,y_0,z_0) + t\VEC{Δx,0,\frac{∂z}{∂x}Δx} }{t∈\R}$, c) $\setofst{ (x_0,y_0,z_0) + t\VEC{0,Δy,\frac{∂z}{∂y}Δy} }{t∈\R}$, d) $\setofst{ (x_0,y_0,z_0) + t\VEC{Δx,Δy,\frac{∂z}{∂x}Δx + \frac{∂z}{∂y}Δy} }{t∈\R}$, e) $\setofst{ (x_0,y_0,z_0) + t\VEC{Δx,Δy,Δz} }{t∈\R}$, \newpage {\bf Exercício 10 (cont.)} Visualize as seguinte curvas parametrizadas: f) $\setofst{ (x_0, y_0+t, F(x_0,y_0+t)) }{ t∈\R }$, g) $\setofst{ (x_0, y_0+t, F(x_0,y_0+t)) }{ t∈\R }$, h) $\setofst{ (x_0+tΔx, y_0+tΔy, F(x_0+tΔx, y_0+tΔy)) }{ t∈\R }$ i) $\setofst{ (x_0+tΔx, y_0, F(x_0+tΔx,y_0)) }{ t∈\R }$, j) $\setofst{ (x_0, y_0+tΔy, F(x_0,y_0+tΔy)) }{ t∈\R }$, \bsk {\bf Exercício 11} Refaça tudo que você fez no 10, mas mudando o $Δx$ para 0.5. \bsk {\bf Exercício 12} Refaça tudo que você fez no 10 e no 11, mas agora com $Δx=0.5$ e $Δy=0.5$. \newpage % «tipos-de-novo» (to ".tipos-de-novo") % (c3m202rcadeia1p 32 "tipos-de-novo") % (c3m202rcadeia1a "tipos-de-novo") % (c3m201derpsp 5 "tipos") % (c3m201derps "tipos") {\bf Tipos (de novo)} (Adaptado às pressas de slides do semestre passado) \msk Dica: {\bf TUDO} que nós estamos fazendo agora pode ser {\sl visualizado} e {\sl tipado}. Você já viu um pouco de tipos em {\tt C} e em Física; em Física os ``tipos'' são parcialmente determinados pelas unidades --- metros são distância, segundos são tempo, metros/segundo é uma unidade de velocidade, e assim por diante... Aqui a gente pode pensar que $x_0$ e $x_1$ são posições no eixo horizontal, $y_0$ e $y_1$ são posições no eixo vertical, $Δx$ é uma distância na horizontal, $Δy$ é uma distância na vertical, $\frac{Δy}{Δx}$ é uma {\sl inclinação} (qual? Do quê?), e assim por diante. \newpage % «exercicio-13» (to ".exercicio-13") % (c3m202rcadeia1p 32 "exercicio-13") % (c3m202rcadeia1a "exercicio-13") {\bf Exercício 13} Veja se você consegue ``tipar'' (no sentido acima) cada subexpressão de cada uma das contas que você fez no Exercício 2. Dica: use chaves sob as subexpressões deste modo aqui, \def\rq{\ColorRed{?}} \def\undq#1{\underbrace{#1}_{\rq}} $$\undq{ \undq{(\undq{F(\undq{\undq{\undq{x_0} + \undq{Δx}},\undq{y_0}})} - \undq{F(\undq{\undq{x_0},\undq{y_0}})})} / \undq{Δx} } $$ e escreva os seus tipos nos lugares em que eu pus as `$\rq$'s. Use Português onde quiser e improvise o quanto precisar. \newpage {\bf Depois do mini-teste} Na sexta, 19/março/2021, vocês fizeram um mini-teste que pedia pra vocês desenharem cortes numa figura parecida com a do slide 27... link: \ssk \url{http://angg.twu.net/LATEX/2020-2-C3-MT1.pdf} \ssk Agora vocês vão fazer algo bem parecido mas usando a superfície $S'$ do slide 25. \newpage % «exercicio-14» (to ".exercicio-14") {\bf Exercício 14.} Desenhe a superfície $S'$ no mesmo ângulo da figura do Thomas do slide 27 e desenhe sobre ela: a) $S' ∩ \setofxyzst{z=2}$ b) $S' ∩ \setofxyzst{z=3}$ c) $S' ∩ \setofxyzst{z=4}$ d) $S' ∩ \setofxyzst{x=1}$ e) $S' ∩ \setofxyzst{x=2}$ f) $S' ∩ \setofxyzst{x=3}$ \bsk % «exercicio-15» (to ".exercicio-15") % (c3m202rcadeia1p 34 "exercicio-15") % (c3m202rcadeia1a "exercicio-15") {\bf Exercício 15.} Faça outras cópias do seu desenho da $S'$ e represente nessas cópias \ColorRed{\bf \underline{TODOS}} os pontos, retas, curvas e vetores que você obteve no exercício 10 --- \ColorRed{mas agora use $Δx=-1$}. Aqui o nosso objetivo é aprender a visualizar em 3D todas essas construções. \newpage \phantom{a} %\printbibliography \GenericWarning{Success:}{Success!!!} % Used by `M-x cv' \end{document} % ____ _ _ % | _ \(_)_ ___ _(_)_______ % | | | | \ \ / / | | | |_ / _ \ % | |_| | |\ V /| |_| | |/ / __/ % |____// | \_/ \__,_|_/___\___| % |__/ % % «djvuize» (to ".djvuize") % (find-LATEXgrep "grep --color -nH --null -e djvuize 2020-1*.tex") * (eepitch-shell) * (eepitch-kill) * (eepitch-shell) # (find-fline "~/2020.2-C3/") # (find-fline "~/LATEX/2020-2-C3/") # (find-fline "~/bin/djvuize") cd /tmp/ for i in *.jpg; do echo f $(basename $i .jpg); done convert 2021mar18_thomas_11-1_fig_14.15.png 2021mar18_thomas_11-1_fig_14.15.pdf f 2021mar18_thomas_11-1_fig_14.15 f () { rm -fv $1.png $1.pdf; djvuize $1.pdf } f () { rm -fv $1.png $1.pdf; djvuize WHITEBOARDOPTS="-m 1.0" $1.pdf; xpdf $1.pdf } f () { rm -fv $1.png $1.pdf; djvuize WHITEBOARDOPTS="-m 0.5" $1.pdf; xpdf $1.pdf } f () { rm -fv $1.png $1.pdf; djvuize WHITEBOARDOPTS="-m 0.25" $1.pdf; xpdf $1.pdf } f () { cp -fv $1.png $1.pdf ~/2020.2-C3/ cp -fv $1.pdf ~/LATEX/2020-2-C3/ cat <<%%% % (find-latexscan-links "C3" "$1") %%% } f 20210317_curva_de_nivel f 20210317_curvas_de_nivel_2 f 20210317_curvas_de_nivel_3 f 20210226_regra_da_cadeia_1 % __ __ _ % | \/ | __ _| | _____ % | |\/| |/ _` | |/ / _ \ % | | | | (_| | < __/ % |_| |_|\__,_|_|\_\___| % % <make> * (eepitch-shell) * (eepitch-kill) * (eepitch-shell) # (find-LATEXfile "2019planar-has-1.mk") make -f 2019.mk STEM=2020-2-C3-rcadeia1 veryclean make -f 2019.mk STEM=2020-2-C3-rcadeia1 pdf % Local Variables: % coding: utf-8-unix % ee-tla: "c3m202rcadeia1" % End: