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% (find-LATEX "2021-1-C2-int-subst.tex") % (defun c () (interactive) (find-LATEXsh "lualatex -record 2021-1-C2-int-subst.tex" :end)) % (defun C () (interactive) (find-LATEXsh "lualatex 2021-1-C2-int-subst.tex" "Success!!!")) % (defun D () (interactive) (find-pdf-page "~/LATEX/2021-1-C2-int-subst.pdf")) % (defun d () (interactive) (find-pdftools-page "~/LATEX/2021-1-C2-int-subst.pdf")) % (defun e () (interactive) (find-LATEX "2021-1-C2-int-subst.tex")) % (defun o () (interactive) (find-LATEX "2021-1-C2-int-subst.tex")) % (defun u () (interactive) (find-latex-upload-links "2021-1-C2-int-subst")) % (defun v () (interactive) (find-2a '(e) '(d))) % (defun d0 () (interactive) (find-ebuffer "2021-1-C2-int-subst.pdf")) % (defun cv () (interactive) (C) (ee-kill-this-buffer) (v) (g)) % (code-eec-LATEX "2021-1-C2-int-subst") % (find-pdf-page "~/LATEX/2021-1-C2-int-subst.pdf") % (find-sh0 "cp -v ~/LATEX/2021-1-C2-int-subst.pdf /tmp/") % (find-sh0 "cp -v ~/LATEX/2021-1-C2-int-subst.pdf /tmp/pen/") % (find-xournalpp "/tmp/2021-1-C2-int-subst.pdf") % (find-xournalpp "/tmp/2021-1-C2-int-subst.pdf") % file:///home/edrx/LATEX/2021-1-C2-int-subst.pdf % file:///tmp/2021-1-C2-int-subst.pdf % file:///tmp/pen/2021-1-C2-int-subst.pdf % http://angg.twu.net/LATEX/2021-1-C2-int-subst.pdf % (find-LATEX "2019.mk") % (find-CN-aula-links "2021-1-C2-int-subst" "2" "c2m211is" "c2is") % «.video-1» (to "video-1") % «.defs» (to "defs") % «.subst-defs» (to "subst-defs") % «.title» (to "title") % «.intro» (to "intro") % «.intro-2» (to "intro-2") % «.intro-3» (to "intro-3") % «.intro-4» (to "intro-4") % «.exemplo-contas» (to "exemplo-contas") % «.exemplo-contas-2» (to "exemplo-contas-2") % «.subst-int-def» (to "subst-int-def") % «.so-alguns-simbolos» (to "so-alguns-simbolos") % «.hip-triv-true» (to "hip-triv-true") % «.exercicio-1» (to "exercicio-1") % «.esquerda» (to "esquerda") % «.hipotese» (to "hipotese") % «.encontre-a-subst» (to "encontre-a-subst") % «.exercicio-2» (to "exercicio-2") % 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"f(c+d) viraria") % (find-c2m211isvideo "15:02" "que lembrem, contém uma hipótese e 3 '='s") % (find-c2m211isvideo "15:10" "vira uma coisa que tem o mesmo formato") \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{edrx21} % (find-LATEX "edrx21.sty") \input edrxaccents.tex % (find-LATEX "edrxaccents.tex") \input edrx21chars.tex % (find-LATEX "edrx21chars.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} % (find-LATEX "2017planar-has-defs.tex" "sa-and-ga") \def\sa#1#2{\expandafter\def\csname myarg#1\endcsname{#2}} \def\ga#1{\csname myarg#1\endcsname} \def\Rd#1{{\ColorRed{#1}}} \def\Rdq {{\ColorRed{?}}} \def\drafturl{http://angg.twu.net/LATEX/2021-1-C2.pdf} \def\drafturl{http://angg.twu.net/2021.1-C2.html} \def\draftfooter{\tiny \href{\drafturl}{\jobname{}} \ColorBrown{\shorttoday{} \hours}} % «subst-defs» (to ".subst-defs") % (find-LATEX "2020-1-C2-TFC2-2.tex" "subst-defs") \def\pfo#1{\ensuremath{\mathsf{[#1]}}} \def\veq{\rotatebox{90}{$=$}} \def\Rd{\ColorRed} \def\D{\displaystyle} % Difference with mathstrut \def\Difms #1#2#3{\left. \mathstrut #3 \right|_{s=#1}^{s=#2}} \def\Difmu #1#2#3{\left. \mathstrut #3 \right|_{u=#1}^{u=#2}} \def\Difmx #1#2#3{\left. \mathstrut #3 \right|_{x=#1}^{x=#2}} \def\Difmth#1#2#3{\left. \mathstrut #3 \right|_{θ=#1}^{θ=#2}} \def\iequationbox#1#2{ \left( \begin{array}{rcl} \D{ #1 } &=& \D{ #2 } \\ \end{array} \right) } \def\isubstbox#1#2#3#4#5{{ \def\veq{\rotatebox{90}{$=$}} \def\ph{\phantom} \left( \begin{array}{rcl} \D{ #1 } &=& \D{ #2 } \\ {\veq#3} \\ \D{ #4 } &=& \D{ #5 } \\ \end{array} \right) }} \def\isubstboxT#1#2#3#4#5#6{{ \def\veq{\rotatebox{90}{$=$}} \def\ph{\phantom} \left( \begin{array}{rcl} \multicolumn{3}{l}{\text{#6}} \\%[5pt] \D{ #1 } &=& \D{ #2 } \\ {\veq#3} \\ \D{ #4 } &=& \D{ #5 } \\ \end{array} \right) }} \def\isubstboxTT#1#2#3#4#5#6#7{{ \def\veq{\rotatebox{90}{$=$}} \def\ph{\phantom} \left( \begin{array}{rcl} \multicolumn{3}{l}{\text{#6}} \\%[5pt] \D{ #1 } &=& \D{ #2 } \\ {\veq#3} \\ \D{ #4 } &=& \D{ #5 } \\ \multicolumn{3}{l}{\text{#7}} \\%[5pt] \end{array} \right) }} % Definição das fórmulas para integração por substituição. % Algumas são pmatrizes 3x3 usando isubstbox. \def\TFCtwo{ \iequationbox {\Intx{a}{b}{F'(x)}} {\Difmx{a}{b}{F(x)}} } \def\TFCtwoI{ \iequationbox {\intx{F'(x)}} {F(x)} } \def\Sone{ \isubstbox {\Difmx{a}{b}{f(g(x))}} {\Intx{a}{b}{f'(g(x))g'(x)}} {\ph{mmm}} {\Difmu{g(a)}{g(b)}{f(u)}} {\Intu{g(a)}{g(b)}{f'(u)}} } \def\SoneI{ \isubstbox {f(g(x))} {\intx{f'(g(x))g'(x)}} {\ph{m}} {f(u)} {\intu{f'(u)}} } \def\Stwo{ \isubstboxT {\Difmx{a}{b}{F(g(x))}} {\Intx{a}{b}{f(g(x))g'(x)}} {\ph{mmm}} {\Difmu{g(a)}{g(b)}{F(u)}} {\Intu{g(a)}{g(b)}{f(u)}} {Se $F'(u)=f(u)$ então:} } \def\StwoI{ \isubstboxT {F(g(x))} {\intx{f(g(x))g'(x)}} {\ph{m}} {F(u)} {\intu{f(u)}} {Se $F'(u)=f(u)$ então:} } \def\StwoI{ \isubstboxTT {F(g(x))} {\intx{f(g(x))g'(x)}} {\ph{m}} {F(u)} {\intu{f(u)}} {Se $F'(u)=f(u)$ então:} {Obs: $u=g(x)$.} } \def\Sthree{ \iequationbox {\Intx{a}{b}{f(g(x))g'(x)}} {\Intu{g(a)}{g(b)}{f(u)}} } \def\SthreeI{ \iequationbox {\intx{f(g(x))g'(x)}} {\intu{f(u)} \qquad [u=g(x)] } % [u=g(x)] } \def\Sthree{ \pmat{ \D \Intx{a}{b}{f(g(x))g'(x)} \\ \veq \\ \D \Intu{g(a)}{g(b)}{f(u)} }} \def\SthreeI{ \pmat{ \D \intx{f(g(x))g'(x)} \\ \veq \\ \D \intu{f(u)} \\ \text{Obs: $u=g(x)$.} \\ }} \def\Subst#1{\bmat{#1}} % _____ _ _ _ % |_ _(_) |_| | ___ _ __ __ _ __ _ ___ % | | | | __| |/ _ \ | '_ \ / _` |/ _` |/ _ \ % | | | | |_| | __/ | |_) | (_| | (_| | __/ % |_| |_|\__|_|\___| | .__/ \__,_|\__, |\___| % |_| |___/ % % «title» (to ".title") % (c2m211isp 1 "title") % (c2m211isa "title") \thispagestyle{empty} \begin{center} \vspace*{1.2cm} {\bf \Large Cálculo 2 - 2021.1} \bsk Aula 21: integração por substituição \bsk Eduardo Ochs - RCN/PURO/UFF \url{http://angg.twu.net/2021.1-C2.html} \end{center} \newpage % «intro» (to ".intro") % (c2m211isp 2 "intro") % (c2m211isa "intro") {\bf Introdução} \ssk No último PDF, que era sobre os dois TFCs, nós começamos a ver que podíamos calcular integrais sem os limites de integração e colocá-los só no final, e vimos que várias das nossas fórmulas de integração vão tem uma versão pra integrais definidas e uma outra pra integrais indefinidas... Por exemplo: \def\Ps #1{\left( #1 \right) } \def\ps #1{ ( #1 ) } \def\nops#1{ #1 } \def\righte{\quad\text{e}} $$ \begin{array}{rc} \text{TFC2:} & \Ps{\begin{array}{rcl} \D \Intx{a}{b}{F'(x)} &=& \difx{a}{b}{F(x)} \end{array}} \\[15pt] \text{TFC2I:} & \Ps{\begin{array}{rcl} \D \intx {F'(x)} &=& {F(x)} \end{array}} \end{array} $$ \newpage % «intro-2» (to ".intro-2") % (c2m211isp 3 "intro-2") % (c2m211isa "intro-2") {\bf Introdução (2)} \ssk Lembre que nós às vezes dávamos nomes como [TFC2] e [TFC2I] pras nossas fórmulas, pra ficar mais fácil usá-las em subtituições... Então: $$ \begin{array}{rcc} \text{[TFC2]} & = & \Ps{\begin{array}{rcl} \D \Intx{a}{b}{F'(x)} &=& \difx{a}{b}{F(x)} \end{array}} \\[15pt] \text{[TFC2I]} & = & \Ps{\begin{array}{rcl} \D \intx {F'(x)} &=& {F(x)} \end{array}} \end{array} $$ \newpage % «intro-3» (to ".intro-3") % (c2m211isp 4 "intro-3") % (c2m211isa "intro-3") {\bf Introdução (3)} \ssk Uma das técnicas que vai ser mais úteis pra calcular integrais complicadas é {\sl integração por substituição}, em que a gente inventa uma variável nova, substitui ela de vários jeitos (!!!) na integral original, e com isso a gente consegue transformar a integral anterior numa outra integral mais simples, mas que é em outra variável e tem outros limites de integração... \msk \newpage % «intro-4» (to ".intro-4") % (c2m211isp 5 "intro-4") % (c2m211isa "intro-4") {\bf Introdução (4)} \ssk Aqui as duas figuras à direita têm a mesma área. A primeira corresponde a uma integral mais complicada que a segunda, e pra passar da primeira pra segunda a gente amassou a figura na vertical e esticou ela na horizontal de um modo que não alterou a área dela... % (c2m202tfcp 9 "intro") % (c2m202tfca "intro") $$\begin{array}{rcl} \D \Intx{π/4}{π/2}{2 \sen 2x} &=& \Area\left( % (find-latexscan-links "C2" "20210316_sen_2") % (find-xpdf-page "~/LATEX/2020-2-C2/20210316_sen_2.pdf") \myvcenter{\includegraphics[height=2cm]{2020-2-C2/20210316_sen_2.pdf}} \right) \\ \D \Intx{π/2}{π}{\sen x} &=& \Area\left( % (find-latexscan-links "C2" "20210316_sen_1") % (find-xpdf-page "~/LATEX/2020-2-C2/20210316_sen_1.pdf") \myvcenter{\includegraphics[height=2cm]{2020-2-C2/20210316_sen_1.pdf}} \right) \\ \end{array} \\ $$ \newpage % «exemplo-contas» (to ".exemplo-contas") % (c2m211isp 6 "exemplo-contas") % (c2m211isa "exemplo-contas") % (c2m202isp 9 "exemplo-gamb") % (c2m202isa "exemplo-gamb") {\bf Um exemplo com contas} Isto aqui é um exemplo de como contas com integração por substituição costumam ser feitas na prática: % $$\scalebox{0.95}{$ \begin{array}{l} \D \intx{2 \cos(3x+4)} \\[8pt] = \;\; \D \intu {2 (\cos u) · \frac13} \\[8pt] = \;\; \D \frac23 \intu{\cos u} \\[8pt] = \;\; \D \frac23 \sen u \\[8pt] = \;\; \D \frac23 \sen (3x+4) \\ \end{array} $} $$ É necessário indicar em algum lugar que a relação entre a variável nova e a antiga é esta: $u=3x+4$. \newpage % «exemplo-contas-2» (to ".exemplo-contas-2") % (c2m211isp 7 "exemplo-contas-2") % (c2m211isa "exemplo-contas-2") {\bf Outro exemplo com contas} % \def\S{\sen x} \def\C{\cos x} \def\und#1#2{\underbrace{#1}_{#2}} % $$\begin{array}[t]{l} \D \intx{(\S)^5 (\C)^3} \\ \D = \;\; \intx{(\S)^5 (\C)^2 (\C)} \\ \D = \;\; \intx{(\und{\S}{s})^5 \und{(\C)^2}{1-s^2} \und{(\C)}{\frac{ds}{dx}}} \\ \D = \;\; \ints{s^5 (1-s^2)} \\ \D = \;\; \ints{s^5 - s^7} \\ \D = \;\; \frac{s^6}{6} - \frac{s^8}{8} \\ \D = \;\; \frac{(\S)^6}{6} - \frac{(\S)^8}{8} \\ \end{array} \qquad \begin{array}[t]{c} \\ \\ \bmat{s = \sen x \\ \frac{ds}{dx} = \cos x \\ \sen x = s \\ (\cos x)^2 = 1 - s^2 \\ \cos x \, dx = ds } \end{array} $$ \newpage % «subst-int-def» (to ".subst-int-def") % (c2m211isp 8 "subst-int-def") % (c2m211isa "subst-int-def") {\bf Substituição na integral definida} Eu vou chamar a \ColorRed{demonstração} abaixo de \pfo{S2}. Ela é uma série de três igualdades: o `$=$' de cima, o `$=$' de baixo, e o `$=$' da esquerda (que é um `$\,\rotl{=}$'). Eu vou chamar o ``$F'(u)=f(u)$'' de a \ColorRed{hipótese} do \pfo{S2}. Obs: nós \ColorRed{ainda} não acreditamos nessa demonstração... vamos verificar as igualdades dela daqui a alguns slides. % % (c2m202isp 3 "def-S2-S2I") % (c2m202isa "def-S2-S2I") % $$\begin{array}{rcc} \pfo{S2} &=& \Stwo \\ % \\ % \pfo{S2I} &=& \StwoI \\ \end{array} $$ \newpage % «so-alguns-simbolos» (to ".so-alguns-simbolos") % (c2m211isp 9 "so-alguns-simbolos") % (c2m211isa "so-alguns-simbolos") Lembre que dá pra substituir só alguns símbolos... Por exemplo: % \def\Stwotmp{ \isubstboxT {\Difmx{a}{b}{F(2x)}} {\Intx{a}{b}{f(2x)·2}} {\ph{mmm}} {\Difmu{2a}{2b}{F(u)}} {\Intu{2a}{2b}{f(u)}} {Se $F'(u)=f(u)$ então:} } % $$\scalebox{0.9}{$ \begin{array}{c} \pfo{S2} \;\;=\;\; \Stwo \\ [50pt] \pfo{S2}[g(x):=2x] \;\;=\;\; \Stwotmp \\ \end{array} $} $$ \newpage % «hip-triv-true» (to ".hip-triv-true") % (c2m211isp 10 "hip-triv-true") % (c2m211isa "hip-triv-true") Também podemos substituir o $f$ por $F'$... E aí a hipótese passa a ser ``trivialmente verdadeira'': % \def\Stwotmp{ \isubstboxT {\Difmx{a}{b}{F(g(x))}} {\Intx{a}{b}{F'(g(x))g'(x)}} {\ph{mmm}} {\Difmu{g(a)}{g(b)}{F(u)}} {\Intu{g(a)}{g(b)}{F'(u)}} {Se $F'(u)=F'(u)$ então:} } % $$\scalebox{0.9}{$ \begin{array}{c} \pfo{S2} \;\;=\;\; \Stwo \\ [50pt] \pfo{S2}[f(u):=F'(u)] \;\;=\;\; \Stwotmp \\ \end{array} $} $$ \newpage % «exercicio-1» (to ".exercicio-1") % (c2m211isp 11 "exercicio-1") % (c2m211isa "exercicio-1") {\bf Exercício 1.} Lembre que: % $$\pfo{TFC2} \;\;=\;\; \Ps{ \D \Intx{a}{b}{\ddx F(x)} \;\;=\;\; \difx{a}{b}{F(x)} } $$ \msk Calcule os resultados destas expansões: a) $\pfo{TFC2} \bmat{F(x):=F(g(x))}$ b) $\pfo{TFC2} \bmat{x:=u} \bmat{a:=g(a) \\ b:=g(b)}$ \bsk \bsk ...e verifique que \ColorRed{se $f(u)=F'(u)$ então}: c) o que você obteve no (a) prova o `$=$' de cima da \pfo{S2}, d) o que você obteve no (b) prova o `$=$' de baixo da \pfo{S2}, \newpage % «esquerda» (to ".esquerda") % (c2m211isp 12 "esquerda") % (c2m211isa "esquerda") O `$\,\rotl{=}$' à esquerda na \pfo{S2} é bem fácil de verificar... ó: $$\begin{array}{rcl} \difx{a}{b}{F(g(x))} &=& F(g(b)) - F(g(a)) \\ &=& \difu{g(a)}{g(b)}{F(u)} \end{array} $$ \bsk \bsk Se você conseguiu fazer todos os itens do exercício 1 e conseguiu entender isso aí então \ColorRed{agora} você entende o $\pfo{S2}$ como uma demonstração --- você entende todas as igualdades dele. \newpage % «hipotese» (to ".hipotese") % (c2m211isp 13 "hipotese") % (c2m211isa "hipotese") {\bf Pra que serve a hipótese do \pfo{S2}?} Ela serve pra gente lidar com `$f$'s que a gente não sabe integrar! Por exemplo: % \def\Stwotmp{ \isubstboxT {\Difmx{a}{b}{F(g(x))}} {\Intx{a}{b}{\tan(g(x))\tan'(x)}} {\ph{mmm}} {\Difmu{g(a)}{g(b)}{F(u)}} {\Intu{g(a)}{g(b)}{\tan(u)}} {Se $F'(u)=F'(u)$ então:} } % \def\Stwotmp{ \isubstboxT {\Difmx{a}{b}{F(2x)}} {\Intx{a}{b}{\tan(2x)·2}} {\ph{mmm}} {\Difmu{g(a)}{g(b)}{F(u)}} {\Intu{2a}{2b}{\tan(u)}} {\ColorRed{Se $F'(u)=\tan u$ então:}} } % $$\scalebox{0.90}{$ \begin{array}{c} \pfo{S2} \;\;=\;\; \Stwo \\ [50pt] % \pfo{S2}[f(x):=\tan x] \;\;=\;\; \Stwotmp \\ \pfo{S2}\bmat{f(x):=\tan x \\ g(u):=2u} \;\;=\;\; \Stwotmp \\ \end{array} $} $$ \newpage {\bf Uma versão do \pfo{S2} para integrais indefinidas} Compare... e repare no ``\ColorRed{Obs: $u = g(x)$}''. % \def\StwoItmp{ \isubstboxTT {F(g(x))} {\intx{f(g(x))g'(x)}} {\ph{m}} {F(u)} {\intu{f(u)}} {Se $F'(u)=f(u)$ então:} {\ColorRed{Obs: $u=g(x)$.}} } % $$\scalebox{0.90}{$ \begin{array}{c} \pfo{S2} \;\;=\;\; \Stwo \\ [50pt] \pfo{S2I} \;\;=\;\; \StwoItmp \\ \end{array} $} $$ \newpage {\bf Versões sem a parte da esquerda} Compare: % $$\scalebox{0.90}{$ \begin{array}{c} \pfo{S2} \;\;=\;\; \Stwo \\ [50pt] \pfo{S3} \;\;=\;\; \Sthree \\ \end{array} $} $$ \newpage {\bf Versões sem a parte da esquerda (2)} ...e compare: % $$\scalebox{0.90}{$ \begin{array}{c} \pfo{S2I} \;\;=\;\; \StwoI \\ [50pt] \pfo{S3I} \;\;=\;\; \SthreeI \\ \end{array} $} $$ \newpage % «encontre-a-subst» (to ".encontre-a-subst") % (c2m211isp 17 "encontre-a-subst") % (c2m211isa "encontre-a-subst") As pessoas costumam usar variações da $\pfo{S3I}$, geralmente sem darem um nome pra função $g(u)$... Lembre que em vários exercícios que nós já fizemos ficava implícito que vocês tinham que descobrir qual era a substituição certa... por exemplo: % $$\begin{array}{rcl} \difx{4}{5}{x^2} &=& \Rdq \\[5pt] \Ps{\difx{a}{b}{f(x)} = f(b)-f(a)} \bmat{f(x):=\Rdq \\ a:=\Rdq \\ b:=\Rdq} &=& \Rdq \\[20pt] \Ps{\difx{a}{b}{f(x)} = f(b)-f(a)} \bmat{f(x):=x^2 \\ a:=4 \\ b:=5} &=& \Ps{\difx{4}{5}{x^2} = 5^2-4^2} \\ [20pt] \difx{4}{5}{x^2} &=& 5^2 - 4^2 \\ \end{array} $$ \newpage % «exercicio-2» (to ".exercicio-2") % (c2m211isp 18 "exercicio-2") % (c2m211isa "exercicio-2") {\bf Exercício 2.} Nos livros e nas notas de aula que você vai encontrar por aí o ``\ColorRed{Obs: $u = g(x)$}'' da nossa \pfo{S3I} quase sempre aparece escrito de (ZILHÕES DE!!!) outros jeitos, então o melhor que a gente pode fazer é tentar encontrar as substituições que transformam a nossa \pfo{S3I} em algo ``mais ou menos equivalente'' às igualdades complicadas que eu mostrei no vídeo e que eu disse que a gente iria tentar decifrar... \msk Nos itens a e b deste exercício você vai tentar encontrar as substituições --- que eu vou escrever como `$[\Rdq]$' --- que transformam a $\pfo{S3I}$ em algo ``mais ou menos equivalente'' às igualdades da direita. \newpage % «exercicio-2-cont» (to ".exercicio-2-cont") % (c2m211isp 19 "exercicio-2-cont") % (c2m211isa "exercicio-2-cont") {\bf Exercício 2 (cont.)} Encontre as substituições `$[\Rdq]$'s que façam com que: \bsk a) $\SthreeI [\Rdq]$ vire algo como $\pmat{ \D \intx{2 \cos(3x+4)} \\ \rotl{=} \\ \D \intu {2 (\cos u) · \frac13} \\ }$ \msk b) $\pfo{S3I} \, [\Rdq]$ vire algo como $\pmat{ \D \intx{(\S)^5 (1 - \S^2) (\C)} \\ \rotl{=} \\ \D \ints{s^5 (1-s^2)} \\ }$ \newpage {\bf Gambiarras} Em geral é mais prático a gente usar umas gambiarras como ``$\frac{du}{dx}dx = du$'' ao invés do método ``mais honesto'' que a gente usou no exercício 2... \msk Às vezes essas gambiarras vão usar uma versão disfarçada do teorema da derivada da função inversa: $\frac{du}{dx} = \frac{1}{\frac{dx}{du}}$, e umas outras manipulações esquisitas de `$dx$'s e `$du$'s que só aparecem explicadas direito nos capítulos sobre ``diferenciais'' dos livros de Cálculo. \msk Nós vamos começar usando elas como gambiarras mesmo, e acho que nesse semestre não vai dar pra ver como traduzir cada uma delas pra algo formal... \newpage % «gambiarras-2» (to ".gambiarras-2") % (c2m211isp 21 "gambiarras-2") % (c2m211isa "gambiarras-2") {\bf Gambiarras (2)} Quando a gente está começando e ainda não tem prática este modo de por anotações embaixo de chaves ajuda muito: % $$%\begin{array}{c} \D \int (\und{\S}{s})^5 (1 - (\und{\S}{s})^2) \und{ \und{(\C)}{\frac{ds}{dx}} \, dx }{ds} \\ % \rotl{=} \\ \;\; = \;\; \D \ints{s^5 (1-s^2)} \\ % \end{array} $$ Quando a gente já tem mais prática acaba sendo melhor pôr todas as anotações dentro de caixinhas --- por exemplo: $$\bmat{ \sen x = s \\ \frac{ds}{dx} = \frac{d}{dx} \sen x = \cos x \\ \cos x \, dx = ds \\ } $$ \newpage % «gambiarras-3» (to ".gambiarras-3") % (c2m211isp 22 "gambiarras-3") % (c2m211isa "gambiarras-3") {\bf Gambiarras (3)} Essas caixinhas, como % $$\bmat{ \sen x = s \\ \frac{ds}{dx} = \frac{d}{dx} \sen x = \cos x \\ \cos x \, dx = ds \\ } $$ vão ser os únicos lugares em que nós vamos permitir esses `$dx$'s e `$ds$' ``soltos'', que não estão nem em derivadas e nem associados a um sinal `$∫$'... \msk E esses `$dx$'s e `$ds$' ``soltos'' só vão aparecer em linhas que dizem como traduzir uma expressão que termina em `$dx$' numa integral em $x$ pra uma expressão que termina em `$ds$' numa integral na \ColorRed{variável} $s$. \msk Nós vamos \ColorRed{evitar} usar $s$ como uma \ColorRed{abreviação} para $\sen x$. \newpage {\bf Mais sobre as caixinhas de anotações} Tudo numa caixinha de anotações é \ColorRed{consequência} da primeira linha dela, que é a que define a variável nova. Por exemplo, se definimos a variável nova como $c=\cos x$ então $\frac{dc}{dx} = \frac{d}{dx} \cos x = - \sen x$, e podemos reescrever isso na ``versão gambiarra'' como: $dc = - \sen x \, dx$, \ColorRed{e também como} $\sen x \, dx = (-1) dc$. \msk A caixinha vai ser: % $$\bmat{c = \cos x \\ \frac{dc}{dx} = \frac{d}{dx} \cos x = - \sen x \\ dc = - \sen x \, dx \\ \sen x \, dx = (-1) \, dc \\ } $$ \newpage {\bf Mais sobre as caixinhas de anotações (2)} \ColorRed{Muito importante:} cada linha das caixinhas é uma série de igualdades --- por exemplo $𝐬{expr}_1 = 𝐬{expr}_2 = 𝐬{expr}_3$ --- e cada uma dessas expressões $𝐬{expr}_1, \ldots, 𝐬{expr}_n$ só pode mencionar \ColorRed{ou} a variável antiga \ColorRed{ou} a variável nova... \msk Então: \msk \ColorRed{Bom:} $dc = - \sen x \, dx$ \ColorRed{Mau:} $\frac{1}{- \sen x} dc = dx$ \ColorRed{Bom:} $\frac{dc}{dx} = \frac{d}{dx} \cos x$ \bsk Truque: em $\frac{dc}{dx}$ o $c$ faz o papel de uma \ColorRed{abreviação} para $\cos x$, não de uma variável. \newpage {\bf Mais sobre as caixinhas de anotações (3)} Quando a gente faz algo como % $$\D \int (\und{\S}{s})^5 (1 - (\und{\S}{s})^2) \und{ \und{(\C)}{\frac{ds}{dx}} \, dx }{ds} \\ \;\; = \;\; \D \ints{s^5 (1-s^2)} \\ $$ Cada chave é como uma igualdade da caixa de anotações ``escrita na vertical''... por exemplo, ``$\und{\S}{s}$'' é $s = \sen x$. \msk As outras chaves correspondem a outras igualdades da caixa de anotações --- \ColorRed{que têm que ser consequências desse $s = \sen x$.} \newpage \vspace*{-0.5cm} {\bf Mais sobre as caixinhas de anotações (3)} Isto aqui está errado: % $$\D \int %(\und{\S}{s})^5 ( \S )^5 (1 - (\und{\S}{s})^2) \und{ \und{(\C)}{\frac{ds}{dx}} \, dx }{ds} \\ \;\; = \;\; \D \ints{(\ColorRed{\S})^5 (1-s^2)} \\ $$ À esquerda do `$=$' a gente tem uma integral na qual só aparece a ``variável antiga'', que é $x$, e à direita do `$=$' a gente tem uma integral na qual aparecem tanto a variável antiga, $x$, quanto a nova, que é $s$... \quad \frown \msk Lembre que tanto o truque das caixinhas quanto o truque das chaves servem pra gente conseguir aplicar a $\pfo{S3I}$ de um jeito mais fácil, e no $\pfo{S3I}$ uma integral usa só a variável antiga e a outra usa só a nova. \newpage % «exercicio-3» (to ".exercicio-3") % (c2m211isp 27 "exercicio-3") % (c2m211isa "exercicio-3") {\bf Exercício 3.} Leia o início da seção 6.1 do APEX Calculus e faça os exercíos 25 até 32 da página 280 dele. Link: \ssk {\scriptsize % (find-books "__analysis/__analysis.el" "apex-calculus") % (find-apexcalculuspage (+ 10 263) "6.1 Substitution") % (find-apexcalculuspage (+ 10 280) "Exercises 6.1") % (find-twusfile "2021.1-C2/") % http://angg.twu.net/2021.1-C2/APEX_Calculus_Version_4_BW_secs_6.1_6.2.pdf \url{http://angg.twu.net/2021.1-C2/APEX_Calculus_Version_4_BW_secs_6.1_6.2.pdf} } \bsk \bsk % «exercicio-4» (to ".exercicio-4") % (c2m211isp 27 "exercicio-4") % (c2m211isa "exercicio-4") {\bf Exercício 4.} Leia o início da seção 6.1 do Martins/Martins e refaça os exercícios resolvidos 1 a 6 dele usando ou as nossas anotações sob chaves ou as nossas anotações em caixinhas. Link: \ssk {\scriptsize % (find-books "__analysis/__analysis.el" "martins-martins") % (find-martinscdipage (+ 10 109) "4.2 Integral") % (find-martinscditext (+ 10 109) "4.2 Integral") % (find-martinscdipage (+ 10 165) "6" "Metodos de Integracao") % (find-martinscditext (+ 10 165) "6" "Metodos de Integracao") % (find-martinscdipage (+ 10 165) "6.1 Metodo da Substituicao") % (find-martinscditext (+ 10 165) "6.1 Metodo da Substituicao") % http://angg.twu.net/2021.1-C2/martins_martins__sec_6.1.pdf \url{http://angg.twu.net/2021.1-C2/martins_martins__sec_6.1.pdf} } \newpage % «exercicio-5» (to ".exercicio-5") % (c2m211isp 28 "exercicio-5") % (c2m211isa "exercicio-5") {\bf Exercício 5.} \msk A questão 2 da P1 do semestre passado dizia que: % \begin{quote} {\sl Toda integral que pode ser resolvida por uma sequência de mudanças de variável (ou: ``por uma sequência de integrações por substituição'') pode ser resolvida por uma mudança de variável só.} \end{quote} E ela pedia pra vocês verificarem isso num caso específico. Tente fazer essa questão olhando poucas vezes pro gabarito dela. Link: \ssk {\footnotesize % (c2m202p1p 4) % http://angg.twu.net/LATEX/2020-2-C2-P1.pdf#page=4 \url{http://angg.twu.net/LATEX/2020-2-C2-P1.pdf#page=4} } % (c2m202p1p 4 "questao-2") % (c2m202p1a "questao-2") \newpage \sa{x}{xx} \sa{u}{uu} \sa{gx}{g(xx)} \sa{nw}{F(g(x))} \sa{ne}{f(g(x))g'(x)} \sa{sw}{F(u)} \sa{se}{f(u)} \def\StwoIsetargs#1{\StwoIsetargsss#1} \def\StwoIsetargsss#1#2#3#4#5#6#7{ \sa{x}{#1} \sa{u}{#2} \sa{gx}{#3} \sa{nw}{#4} \sa{ne}{#5} \sa{sw}{#6} \sa{se}{#7} } % (c2m202p1p 9 "gabarito-2") % (c2m202p1a "gabarito-2") \StwoIsetargsss {xx} {uu} {gguu} {NW} {NE} {SW} {SE} \StwoIsetargsss {v} {w} {\sqrt{v}} {F(\sqrt{v})} {\cos(2+\sqrt{v})·(2\sqrt{v})^{-1}} {F(w)} {\cos(2+w)} \def\StwoItmp{ \isubstboxTT {\ga{nw}} {\int \ga{ne} \, d\ga{x}} {\ph{m}} {\ga{sw}} {\int \ga{se} \, d\ga{u}} {Se $F'(\ga{u})=\ga{se}$ então:} {Obs: $\ga{u}=\ga{gx}$.} } % $$\scalebox{0.9}{$ \begin{array}{c} \pfo{S2} \;\;=\;\; \Stwo \\ [50pt] \pfo{S2}[f(u):=F'(u)] \;\;=\;\; \StwoItmp \\ \end{array} $} $$ %\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 "~/2021.1-C2/") # (find-fline "~/LATEX/2021-1-C2/") # (find-fline "~/bin/djvuize") cd /tmp/ for i in *.jpg; do echo f $(basename $i .jpg); done f () { rm -fv $1.png $1.pdf; djvuize $1.pdf } f () { rm -fv $1.png $1.pdf; djvuize WHITEBOARDOPTS="-m 1.0 -f 15" $1.pdf; xpdf $1.pdf } f () { rm -fv $1.png $1.pdf; djvuize WHITEBOARDOPTS="-m 1.0 -f 30" $1.pdf; xpdf $1.pdf } f () { rm -fv $1.png $1.pdf; djvuize WHITEBOARDOPTS="-m 1.0 -f 45" $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 ~/2021.1-C2/ cp -fv $1.pdf ~/LATEX/2021-1-C2/ cat <<%%% % (find-latexscan-links "C2" "$1") %%% } f 20201213_area_em_funcao_de_theta f 20201213_area_em_funcao_de_x f 20201213_area_fatias_pizza % __ __ _ % | \/ | __ _| | _____ % | |\/| |/ _` | |/ / _ \ % | | | | (_| | < __/ % |_| |_|\__,_|_|\_\___| % % <make> * (eepitch-shell) * (eepitch-kill) * (eepitch-shell) # (find-LATEXfile "2019planar-has-1.mk") make -f 2019.mk STEM=2021-1-C2-int-subst veryclean make -f 2019.mk STEM=2021-1-C2-int-subst pdf % Local Variables: % coding: utf-8-unix % ee-tla: "c2is" % ee-tla: "c2m211is" % End: