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% (find-LATEX "2021-1-C2-subst.tex") % (defun c () (interactive) (find-LATEXsh "lualatex -record 2021-1-C2-subst.tex" :end)) % (defun C () (interactive) (find-LATEXsh "lualatex 2021-1-C2-subst.tex" "Success!!!")) % (defun D () (interactive) (find-pdf-page "~/LATEX/2021-1-C2-subst.pdf")) % (defun d () (interactive) (find-pdftools-page "~/LATEX/2021-1-C2-subst.pdf")) % (defun e () (interactive) (find-LATEX "2021-1-C2-subst.tex")) % (defun o () (interactive) (find-LATEX "2021-1-C2-subst.tex")) % (defun u () (interactive) (find-latex-upload-links "2021-1-C2-subst")) % (defun v () (interactive) (find-2a '(e) '(d))) % (defun d0 () (interactive) (find-ebuffer "2021-1-C2-subst.pdf")) % (defun cv () (interactive) (C) (ee-kill-this-buffer) (v) (g)) % (code-eec-LATEX "2021-1-C2-subst") % (find-pdf-page "~/LATEX/2021-1-C2-subst.pdf") % (find-sh0 "cp -v ~/LATEX/2021-1-C2-subst.pdf /tmp/") % (find-sh0 "cp -v ~/LATEX/2021-1-C2-subst.pdf /tmp/pen/") % (find-xournalpp "/tmp/2021-1-C2-subst.pdf") % file:///home/edrx/LATEX/2021-1-C2-subst.pdf % file:///tmp/2021-1-C2-subst.pdf % file:///tmp/pen/2021-1-C2-subst.pdf % http://angg.twu.net/LATEX/2021-1-C2-subst.pdf % (find-LATEX "2019.mk") % (find-CN-aula-links "2021-1-C2-subst" "2" "c2m211subst" "c2s") % % Video: % (find-ssr-links "c2m211subst" "2021-1-C2-subst" "{naoexiste}") % (code-video "c2m211substvideo" "$S/http/angg.twu.net/eev-videos/2021-1-C2-subst.mp4") % (find-c2m211substvideo "0:00") % «.defs» (to "defs") % «.title» (to "title") % «.corrigir-igual» (to "corrigir-igual") % «.subst-box» (to "subst-box") % «.subst-zoomed» (to "subst-zoomed") % «.testar-hipoteses» (to "testar-hipoteses") % «.regra-da-cadeia» (to "regra-da-cadeia") % «.regra-da-cadeia-2» (to "regra-da-cadeia-2") % «.acrescentamos» (to "acrescentamos") % «.dicas-subst» (to "dicas-subst") % «.igual-depois-de-subst» (to "igual-depois-de-subst") % «.dicas-subst-2» (to "dicas-subst-2") % «.dicas-subst-3» (to "dicas-subst-3") % «.dicas-subst-5» (to "dicas-subst-5") % 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%\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\V {\mathbf{V}} \def\F {\mathbf{F}} \def\ph#1 {\phantom{#1}} \def\ph {\phantom} \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") % (c2m211substp 1 "title") % (c2m211subst "title") \thispagestyle{empty} \begin{center} \vspace*{1.2cm} {\bf \Large Cálculo 2 - 2021.1} \bsk % Aula nn: ponha o título aqui Aula 1: O operador de substituição `$[:=]$' \bsk Eduardo Ochs - RCN/PURO/UFF \url{http://angg.twu.net/2021.1-C2.html} \end{center} \newpage % «corrigir-igual» (to ".corrigir-igual") % (c2m211substp 2 "corrigir-igual") % (c2m211substa "corrigir-igual") {\bf ``Eu só vou corrigir os sinais de igual''} Uma dos slogans que eu mais vou repetir quando estiver tirando dúvidas ou corrigindo exercícios de vocês é ``\ColorRed{Eu só vou corrigir os sinais de igual}''. Em Cálculo 1 muita gente se enrola com a fórmula da regra da cadeia -- porque se enrola na hora de substituir os `$f$'s, `$g$'s, `$f'$'s e `$g'$'s nela... uma das fórmulas mais importantes, e mais difíceis de acreditar, de Cálculo 2 é a da \ColorRed{Integração por Substituição}, que é BEEEEM pior do que a Regra da Cadeia. O \ColorRed{operador de substituição}, `$[:=]$', que não tem \ColorRed{nada a ver} com a Integração por Substituição, vai nos ajudar bastante a aplicar essas fórmulas passo a passo sem a gente se perder. \newpage % «subst-box» (to ".subst-box") % (c2m211substp 3 "subst-box") % (c2m211substa "subst-box") Nós vamos reescrever isto: \msk \begin{center} \fbox{\begin{minipage}{7cm} Se substituirmos $x$ por $10a+b$ e $y$ por $3c+4d$ em: % $$x^y + 2x$$ % obtemos: % $$(10a+b)^{3c+4d} + 2(10a+b)$$ \end{minipage}} \end{center} \msk deste jeito: $$(x^y+2x) \bmat{x:=10a+b \\ y:=3c+4d} = (10a+b)^{3c+4d} + 2(10a+b)$$ \newpage % «subst-zoomed» (to ".subst-zoomed") % (c2m211substp 4 "subst-zoomed") % (c2m211substa "subst-zoomed") Repare: em % $$\scalebox{2.0}{$ \begin{array}{l} (x^y+2x) \bmat{x:=10a+b \\ y:=3c+4d} \\[12pt] = (10a+b)^{3c+4d} + 2(10a+b) \end{array} $} $$ a notação é % $$\text{(expressão original)[substituições] = (expressão nova)}$$ e cada uma das substituições é da forma: % $$\text{variável} := \text{expressão}$$ \newpage % «testar-hipoteses» (to ".testar-hipoteses") % (c2m211substp 5 "testar-hipoteses") % (c2m211substa "testar-hipoteses") A notação `$[:=]$' vai ser bem prática pra gente fazer hipóteses e testá-las. Por exemplo, digamos que queremos testar se 2 e 3 são soluções da equação $x+2=5$... % $$\begin{array}{rcl} (x+2=5)[x:=2] &=& (2+2=5) \\ &=& (4=5) \\ &=& \False \\[5pt] (x+2=5)[x:=3] &=& (3+2=5) \\ &=& (5=5) \\ &=& \True \\[5pt] \end{array} $$ Note que os `$=$'s das expressões entre parênteses são \ColorRed{comparações} -- como a operação `\texttt{==}' do \texttt{C} -- e retornam ou $\True$ (``Verdadeiro'') ou $\False$ (``Falso''). \newpage % «regra-da-cadeia» (to ".regra-da-cadeia") % (c2m211substp 6 "regra-da-cadeia") % (c2m211substa "regra-da-cadeia") {\bf Exemplo: regra da cadeia} Primeiro vou inventar uma abreviação para a regra da cadeia. \ColorRed{Obs: vários dos truques que vamos usar agora são inspirados em notações de Teoria da Computação e não são padrão!!! Não use eles em outros cursos!!! {\bf Os professores podem não entender e podem ficar putos!!!}} \msk O `$:=$' abaixo é uma \ColorRed{atribuição}, como o `\texttt{=}' do \texttt{C}. A linha abaixo quer dizer: ``\ColorRed{a partir de agora} o valor de $[RC]$ vai ser a \ColorRed{expressão} entre os parênteses grandes. % $$[RC] \;\; := \;\; \left( \ddx f(g(x)) = f'(g(x))g'(x) \right)$$ \newpage % «regra-da-cadeia-2» (to ".regra-da-cadeia-2") % (c2m211substp 7 "regra-da-cadeia-2") % (c2m211substa "regra-da-cadeia-2") {\bf Exemplo: regra da cadeia (2)} Continuando... % $$[RC] \;\; := \;\; \left( \ddx f(g(x)) = f'(g(x))g'(x) \right)$$ Então: % $$\begin{array}{rcl} [RC] \bmat{f := \sen} &=& \left( \ddx \sen(g(x)) = \sen'(g(x))g'(x) \right) \\[5pt] [RC] \bmat{f(u) := \sen u} &=& \left( \ddx \sen(g(x)) = \sen'(g(x))g'(x) \right) \\[5pt] [RC] \bmat{f(u) := u^4 \\ f'(u) := 4u^3 } &=& \left( \ddx (g(x))^4 = 4(g(x))^3g'(x) \right) \\ \end{array} $$ Repare que agora estamos substituindo o `$f$' \ColorRed{como se ele fosse uma variável} -- mas precisamos de gambiarras novas. No caso do meio escrevemos $f(u) := \sen u$ ao invés de $f := \sen$, e... \newpage % «acrescentamos» (to ".acrescentamos") % (c2m211substp 8 "acrescentamos") % (c2m211substa "acrescentamos") $$[RC] \;\; := \;\; \left( \ddx f(g(x)) = f'(g(x))g'(x) \right)$$ $$\begin{array}{rcl} [RC] \bmat{f := \sen} &=& \left( \ddx \sen(g(x)) = \sen'(g(x))g'(x) \right) \\[5pt] [RC] \bmat{f(u) := \sen u} &=& \left( \ddx \sen(g(x)) = \sen'(g(x))g'(x) \right) \\[5pt] [RC] \bmat{f(u) := u^4 \\ f'(u) := 4u^3 } &=& \left( \ddx (g(x))^4 = 4(g(x))^3g'(x) \right) \\ \end{array} $$ % ...e no caso de baixo acrescentamos uma linha ``$f'(u) := 4u^3$'' na lista de substituições. Essa linha é uma \ColorRed{consequencia} da linha ``$f(u) := u^4$'', e ela está lá só pra ajudar a gente a se enrolar menos. \newpage % «dicas-subst» (to ".dicas-subst") % (c2m211substp 9 "dicas-subst") % (c2m211substa "dicas-subst") % (c2m202isp 6 "dicas-subst") % (c2m202isa "dicas-subst") % «igual-depois-de-subst» (to ".igual-depois-de-subst") % (c2m211substp 9 "igual-depois-de-subst") % (c2m211substa "igual-depois-de-subst") {\bf Uma regra estranha: o `$=$' depois da operação `$[:=]$'} \ssk Nas duas substituições abaixo a primeira está certa e a segunda está errada: % $$\begin{array}{rll} (x + 2 = 5) \, [x:=4] &=& (4 + 2 = 5) \\ (x + 2 = 5) \, [x:=4] &=& (6 = 5) \\ \end{array} $$ O `$=$' depois de uma substituição tem um significado especial: a pronúncia dele é ``o resultado da substituição à esquerda é a expressão à direita'', e na segunda linha a gente fez mais coisas além de só substituir todos os `$x$'s por `4's. Note que isto aqui está certo: % $$\begin{array}{rll} (x + 2 = 5) \, [x:=4] &=& (4 + 2 = 5) \\ &=& (6 = 5) \\ \end{array} $$ \newpage {\bf A explicação pra regra estranha} Vocês já devem ter visto em Prog que vocês podem definir as funções de vocês, e nas matérias de Matemática vocês também vão aprender a fazer definições de vários tipos. A operação `$[:=]$' que nós estamos usando é uma operação \ColorRed{que eu defini} baseada em operações parecidas com ela que aparecem em muitos lugares, mas que geralmente ficam meio disfarçadas --- e que ficam disfarçadas de ``óbvias''. Então, esse nosso `$[:=]$' é uma operação nova, e a gente tem que definir todas as regras de como ela vai funcionar. Tem vários detalhes em que a gente poderia definir se ela iria funcionar de um jeito ou de outro, e eu \ColorRed{escolhi} que ela vai funcionar do jeito que vai nos ajudar mais a fazer contas fáceis de entender... \ColorRed{...e eu vi que a restricão do slide anterior faz com que as pessoas (incluindo eu!) se enrolem muito menos nas contas.} \newpage {\bf A explicação pra regra estranha (2)} No primeiro vídeo deste semestre eu mostrei que o SymPy, que e' um programa de computação simbólica, tem uma espécie de `$[:=]$', que ele chama de `{\tt subs}'. A definição do {\tt subs} no SymPy é MUITO mais difícil do que a gente vai precisar aqui em Cálculo 2 --- ela envolve recursão, ela tem um truque pra lidar do jeito ``certo'' com variáveis livres, e ela tem um truque complicadíssimo --- que o Bruno Macedo, que foi monitor no semestre passado, descobriu e me mostrou --- pra substituir coisas que não são só variáveis. \newpage % «dicas-subst-2» (to ".dicas-subst-2") % (c2m211substp 10 "dicas-subst-2") % (c2m211substa "dicas-subst-2") {\bf Outro exemplo de uso errado do `$[:=]$'} Aqui a primeira substituição está certa e a segunda está errada... Na segunda um `$u$' foi substituido por `$e^{2x}$'!!!!!!!! $\;\;\;=\!($ % $$\scalebox{0.9}{$ \begin{array}{rcl} \SthreeI [g(x):=e^{2x}] & = & \pmat{ \D \intx{f(2^{2x})(2e^{2x})} \\ \veq \\ \D \intu{f(u)} \\ \text{Obs: $u=e^{2x}$.} \\ } \\ \\ \SthreeI [g(x):=e^{2x}] & = & \pmat{ \D \intx{f(2^{2x})(2e^{2x})} \\ \veq \\ \D \intu{f(\ColorRed{e^{2x}})} \\ \text{Obs: $u=e^{2x}$.} \\ } \end{array} $} $$ \newpage % «dicas-subst-3» (to ".dicas-subst-3") % (c2m211substp 11 "dicas-subst-3") % (c2m211substa "dicas-subst-3") {\bf Mais dicas sobre a operação `$[:=]$' (3)} No primeiro PDF do curso nós usamos a operação `$[:=]$' para testar EDOs como $f'(x)=x^4$ em vários ``valores'' de $f$, pra tentar resolver EDOs por chutar-e-testar... Em % $$(f'(x)=x^4)\, [f(x):=x^2] = (2x = x^4)$$ % na expressão original, $(f'(x)=x^4)$, o símbolo $f$ faz o papel de uma função qualquer, ou de uma variável cujo valor é uma função; a substiuição ``$[f(x):=x^2]$'' diz como substituir a $f$ original, genérica, pela $f$ que tem esta {\sl definição} aqui: $f(x)=x^2$... e nós já temos bastante prática com obter consequências de uma definição como $f(x)=x^2$. Por exemplo: % $$\begin{array}{rclcrcl} f(200) &=& 200^2 && f'(x) &=& 2x \\ f(3u+4) &=& (3u+4)^2 && f'(3u+4) &=& 2(3u+4) \\ f(42x^3+99) &=& (42x^3+99)^2 && f'(42x^3+99) &=& 2(42x^3+99) \\ \end{array} $$ \newpage {\bf Mais dicas sobre a operação `$[:=]$' (4)} No slide anterior eu disse que % $$f(x)=x^2$$ tem estas consequências, entre muitas outras: % $$\begin{array}{rclcrcl} f(200) &=& 200^2 && f'(x) &=& 2x \\ f(3u+4) &=& (3u+4)^2 && f'(3u+4) &=& 2(3u+4) \\ f(42x^3+99) &=& (42x^3+99)^2 && f'(42x^3+99) &=& 2(42x^3+99) \\ \end{array} $$ Vamos entender isso em português. Se $f(x)=x^2$ é verdade para todo $x$ então $f'(x)=2x$ para todo $x$. Obs: aqui você também pode pensar graficamente! A curva $y=f(x)$ é uma parábola, e $f'(x)$ é o coeficiente angular dela. \newpage % «dicas-subst-5» (to ".dicas-subst-5") % (c2m211substp 13 "dicas-subst-5") % (c2m211substa "dicas-subst-5") {\bf Mais dicas sobre a operação `$[:=]$' (5)} Continuando: temos % $$\begin{array}{rcl} f(x) &=& x^2 \quad \text{e} \\ f'(x) &=& 2x, \\ \end{array} $$ então no ponto $x=200$ temos $f(x)=200^2$ e $f'(x)=2·200$, e em $x=3u+4$ temos % $$\begin{array}{rcl} f(3u+4) &=& (3u+4)^2 \quad \text{e}\\ f'(3u+4) &=& 2(3u+4). \\ \end{array} $$ para todo $u∈\R$. Muitos livros fingem que isso é óbvio --- eles dizem só ``podemos substituir $x$ por $3u+4$'' --- mas eu acho que não é óbvio não... quando eu estava na graduação eu tive que pensar vários dias pra entender isso. \newpage % «dicas-subst-6» (to ".dicas-subst-6") % (c2m211substp 14 "dicas-subst-6") % (c2m211substa "dicas-subst-6") {\bf Mais dicas sobre a operação `$[:=]$' (6)} A operação `$[:=]$' nos permite fazer a substituição de $x$ por $3u+4$ ``mecanicamente'' --- ou melhor: ``sintaticamente'' --- sem a gente ter que pensar muito em {\sl porque} essa substituição faz sentido. Por exemplo: \def\prcl#1{ \left( \begin{array}{rcl} #1 \end{array} \right) } $$\begin{array}{c} \prcl{ f(x) &=& x^2 \quad \text{e} \\ f'(x) &=& 2x } \; [x:=3u+4] \\[10pt] = \prcl{ f(3u+4) &=& (3u+4)^2 \quad \text{e}\\ f'(3u+4) &=& 2(3u+4) \\ } \end{array} $$ O fato é que \ColorRed{variáveis são feitas para serem substituídas}. Um modo da gente se acostumar com como isso funciona é testando \ColorRed{muitos} casos particulares --- como no exercício do próximo slide. \newpage % «exercicios-1-e-2» (to ".exercicios-1-e-2") % (c2m211substp 15 "exercicios-1-e-2") % (c2m211substa "exercicios-1-e-2") {\bf Exercício 1} Digamos que $f(x)=x^2$... a) e que $u=0$. Neste caso é verdade que $f(3u+4) = (3u+4)^2$? b) e que $u=1$. Neste caso é verdade que $f(3u+4) = (3u+4)^2$? c) e que $u=10$. Neste caso é verdade que $f(3u+4) = (3u+4)^2$? \msk {\bf Exercício 2} Digamos que $f(x)=42$... a) e que $u=0$. Neste caso é verdade que $f(3u+4) = (3u+4)^2$? b) e que $u=1$. Neste caso é verdade que $f(3u+4) = (3u+4)^2$? c) e que $u=10$. Neste caso é verdade que $f(3u+4) = (3u+4)^2$? \bsk Note que nós não testamos todos os valores possíveis de $u$, nem todos as funções `$f$' possíveis, e nem usamos a notação `$[:=]$'... \newpage A operação `$[:=]$' nos permite fazer substituições como `$[x:=10x+2]$', que parecem bem estranhas à primeira vista. \bsk {\bf Exercício 3.} Calcule o resultado das substituições abaixo --- ou seja, calcule o que você deve pôr no lugar do `$\ColorRed{?}$' em cada item. \bsk (Ooops -- ainda não terminei de escrever esse exercício) \newpage % ____ _ _ % / ___| ___ _ __ ___ __ _| |_ ___ _ __(_) ___ ___ % \___ \ / _ \| '_ ` _ \ / _` | __/ _ \| '__| |/ _ \/ __| % ___) | (_) | | | | | | (_| | || (_) | | | | (_) \__ \ % |____/ \___/|_| |_| |_|\__,_|\__\___/|_| |_|\___/|___/ % % «somatorios» (to ".somatorios") % (c2m211substp 19 "somatorios") % (c2m211substa "somatorios") {\bf Somatórios} Antigamente somatórios eram matéria de ensino médio, mas hoje em dia muita gente chega em Cálculo 2 sem nunca ter visto somatórios... \ssk As fórmulas para somas de progressões aritméticas (PAs) e para somas de progressões geométricas (PGs) usam `$\sum$'s. Veja: \bsk {\footnotesize % https://pt.wikipedia.org/wiki/Progress%C3%A3o_aritm%C3%A9tica \url{https://pt.wikipedia.org/wiki/Progress\%C3\%A3o_aritm\%C3\%A9tica} % https://pt.wikipedia.org/wiki/Progress%C3%A3o_geom%C3%A9trica \url{https://pt.wikipedia.org/wiki/Progress\%C3\%A3o_geom\%C3\%A9trica} % https://pt.wikipedia.org/wiki/Somat%C3%B3rio \url{https://pt.wikipedia.org/wiki/Somat\%C3\%B3rio} } \newpage % «soma-PG» (to ".soma-PG") % (c2m211substp 13 "soma-PG") % (c2m211substa "soma-PG") Relembre: % $$\scalebox{0.9}{$ \begin{array}{rcl} \sum_{k=2}^{5} 10^k &=& 10^2 + 10^3 + 10^4 + 10^5 \\ &=& 100 + 1000 + 10000 + 100000 \\ &=& 111100 \\ (1-10) \sum_{k=2}^{5} 10^k &=& (1-10)(100 + 1000 + 10000 + 100000) \\ &=& (100 + 1000 + 10000 + 100000) \\ && - (1000 + 10000 + 100000 + 1000000) \\ &=& 100 - 1000000 \\ &=& 10^2 - 10^{5+1} \\ \sum_{k=2}^{5} 10^k &=& \D \frac{10^2 - 10^{5+1}}{1-10} \\ \end{array} $} $$ A fórmula geral é: \quad % $\D \sum_{k=a}^{b} x^k \; = \; \D \frac{x^a - x^{b+1}}{1 - x} \; = \; \D \frac{x^{b+1}- x^a}{x - 1} $ \;. \newpage % «somatorio-expansao» (to ".somatorio-expansao") Repare que dá pra calcular o somatório do início do slide anterior em mais passos usando o `$[:=]$'... $$\scalebox{0.9}{$ \begin{array}{rcl} \sum_{k=2}^{5} 10^k &=& 10^2 + 10^3 + 10^4 + 10^5 \\[5pt] \sum_{k=2}^{5} 10^k &=& (10^k) [k:=2] \\ &+& (10^k) [k:=3] \\ &+& (10^k) [k:=4] \\ &+& (10^k) [k:=5] \\[2.5pt] &=& 10^2 + 10^3 + 10^4 + 10^5 \\ \end{array} $} $$ Às vezes a gente vai usar esse passo intermediário com `$[:=]$'s pra não se enrolar em somatórios de expressões complicadas... Por exemplo aqui, e nas páginas seguintes: \ssk % (c2m211somas1p 12 "partition-sum") % (c2m211somas1a "partition-sum") % http://angg.twu.net/LATEX/2021-1-C2-somas-1.pdf#page=12 {\footnotesize \url{http://angg.twu.net/LATEX/2021-1-C2-somas-1.pdf\#page=12} } \newpage % «somatorios-exercs» (to ".somatorios-exercs") % (c2m211substp 22 "somatorios-exercs") % (c2m211substa "somatorios-exercs") {\bf Exercícios básicos de somatórios} \msk Expanda e calcule: a) $\sum_{n=1}^5 (2n-1)$ \ssk b) $\sum_{n=0}^4 (2n+1)$ \msk c) $\sum_{k=0}^2 (k+1)$ \msk d) $\sum_{k=0}^2 k + 1$ \msk e) $\left( \sum_{k=0}^2 k \right) +1$ \msk Expanda e calcule/simplifique até onde der: f) $\sum_{n=1}^5 (2k-1)$ \ssk g) $\sum_{k=1}^5 (2n-1)$ \ssk h) $\sum_{n=4}^6 f(10n)$ \ssk i) $\sum_{n=4}^6 f(10n)$, onde $f(x) = 10x$ \newpage % «para-todo-e-existe» (to ".para-todo-e-existe") % (c2m211substp 23 "para-todo-e-existe") % (c2m211substa "para-todo-e-existe") % (lodp 5 "dm-layer-1") % (loda "dm-layer-1") {\bf ``Para todo'' ($∀$) e ``existe'' ($∃$)} \msk $\scalebox{0.9}{$ \begin{array}{rcl} (∀a∈\{2,3,5\}.a^2<10) &=& (a^2<10)[a:=2] \;∧ \\&& (a^2<10)[a:=3] \;∧ \\&& (a^2<10)[a:=5] \\ &=& (2^2<10) ∧ (3^2<10) ∧ (4^2<10) \\ &=& (4<10) ∧ (9<10) ∧ (16<10) \\ &=& \V ∧ \V ∧ \F \\ &=& \F \\[5pt] (∃a∈\{2,3,5\}.a^2<10) &=& (a^2<10)[a:=2] \;∨ \\&& (a^2<10)[a:=3] \;∨ \\&& (a^2<10)[a:=5] \\ &=& (2^2<10) ∨ (3^2<10) ∨ (4^2<10) \\ &=& (4<10) ∨ (9<10) ∨ (16<10) \\ &=& \V ∨ \V ∨ \F \\ &=& \V \\ \end{array} $} $ \newpage % «visualizando-fas-e-exs» (to ".visualizando-fas-e-exs") % (c2m211substp 24 "visualizando-fas-e-exs") % (c2m211substa "visualizando-fas-e-exs") {\bf Visualizando `$∀$'s e `$∃$'s} Repare... \msk { \def\V {\mathbf{V}} \def\F {\mathbf{F}} \def\mbc#1{\hbox to 8pt{\hss$#1$\hss}} \def\V {\mbc{\mathbf{V}}} \def\F {\mbc{\mathbf{F}}} $\scalebox{0.9}{$ \begin{array}{lcl} (∀x∈\{1,\ldots,7\}.2≤x) &=& \F∧\V∧\V∧\V∧\V∧\V∧\V \\ (∀x∈\{1,\ldots,7\}.\ph{mm}x<4) &=& \V∧\V∧\V∧\F∧\F∧\F∧\F \\ (∀x∈\{1,\ldots,7\}.2≤x<4) &=& \F∧\V∧\V∧\F∧\F∧\F∧\F \\ (∀x∈\{1,\ldots,7\}.\ph{mmmmmm}x=6) &=& \F∧\F∧\F∧\F∧\F∧\V∧\F \\ (∀x∈\{1,\ldots,7\}.2≤x<4∨ x=6) &=& \F∧\V∧\V∧\F∧\F∧\V∧\F \\ \end{array} $} $ } \msk ...que dá pra {\sl visualizar} o que a expressão $(∀x∈\{1,\ldots,7\}.2≤x<4∨x=6)$ ``quer dizer'' visualizando os `$\V$'s e `$\F$'s de expressões mais simples, e combinando esses ``mapas'' de `$\V$'s e `$\F$'s. \newpage % «visualizando-fas-e-exs-2» (to ".visualizando-fas-e-exs-2") % (c2m211substp 20 "visualizando-fas-e-exs-2") % (c2m211substa "visualizando-fas-e-exs-2") {\bf Visualizando `$∀$'s e `$∃$'s (2)} Às vezes vai valer a pena \ColorRed{definir proposições} como nomes mais curtos, como $F(x) = (2≤x)$, $G(x) = (x≤4)$, $H(x) = (x=6)$... Aí: \msk { \def\mbc#1{\hbox to 8pt{\hss$#1$\hss}} \def\V {\mbc{\mathbf{V}}} \def\F {\mbc{\mathbf{F}}} $\scalebox{0.9}{$ \begin{array}{lcl} (∀x∈\{1,\ldots,7\}.F(x)) &=& \F∧\V∧\V∧\V∧\V∧\V∧\V \\ (∀x∈\{1,\ldots,7\}.\ph{mmmii}G(x)) &=& \V∧\V∧\V∧\F∧\F∧\F∧\F \\ (∀x∈\{1,\ldots,7\}.F(x)∧G(x)) &=& \F∧\V∧\V∧\F∧\F∧\F∧\F \\ (∀x∈\{1,\ldots,7\}.\ph{mmmmmmmi}H(x)) &=& \F∧\F∧\F∧\F∧\F∧\V∧\F \\ (∀x∈\{1,\ldots,7\}.F(x)∧G(x)∨ H(x)) &=& \F∧\V∧\V∧\F∧\F∧\V∧\F \\ \end{array} $} $ } \msk É isso que a gente vai fazer pra analisar expressões como $(∀x∈A.▁▁▁)$ e $(∃x∈A.▁▁▁)$ e descobrir quais são verdadeiras e quais não --- \ColorRed{mesmo quando o conjunto $A$ é um conjunto infinito}, como $\N$, $\R$ ou $[2,10]$. \newpage % «visualizando-fas-e-exs-3» (to ".visualizando-fas-e-exs-3") % (c2m211substp 26 "visualizando-fas-e-exs-3") % (c2m211substa "visualizando-fas-e-exs-3") {\bf Visualizando `$∀$'s e `$∃$'s (3)} Às vezes vamos ter que fazer figuras com muitos `$\V$'s e `$\F$'s, e vai ser mais fácil visualizar onde estão os `$\V$'s e `$\F$'s delas se usarmos sinais mais fáceis de distinguir... \msk Por exemplo, se $•:=\V$ e $∘:=\F$ então: \msk { \def\mbc#1{\hbox to 8pt{\hss$#1$\hss}} \def\V {\mbc{\mathbf{V}}} \def\V {\mbc{•}} \def\F {\mbc{∘}} $\scalebox{0.9}{$ \begin{array}{lcl} (∀x∈\{1,\ldots,7\}.F(x)) &=& \F∧\V∧\V∧\V∧\V∧\V∧\V \\ (∀x∈\{1,\ldots,7\}.\ph{mmmii}G(x)) &=& \V∧\V∧\V∧\F∧\F∧\F∧\F \\ (∀x∈\{1,\ldots,7\}.F(x)∧G(x)) &=& \F∧\V∧\V∧\F∧\F∧\F∧\F \\ (∀x∈\{1,\ldots,7\}.\ph{mmmmmmmi}H(x)) &=& \F∧\F∧\F∧\F∧\F∧\V∧\F \\ (∀x∈\{1,\ldots,7\}.F(x)∧G(x)∨ H(x)) &=& \F∧\V∧\V∧\F∧\F∧\V∧\F \\ \end{array} $} $ } \bsk Você \ColorRed{pode} fazer as suas próprias definições --- como o meu ``$•:=\V$ e $∘:=\F$'' acima --- mas elas têm que ficar claras o suficiente... lembre desta dica: % (c2m211somas1dp 7 "dica-7") % (c2m211somas1da "dica-7") % http://angg.twu.net/LATEX/2021-1-C2-somas-1-dicas.pdf#page=7 \ssk {\footnotesize \url{http://angg.twu.net/LATEX/2021-1-C2-somas-1-dicas.pdf\#page=7} } \newpage % «sobre-treinar-muito» (to ".sobre-treinar-muito") % (c2m211substp 27 "sobre-treinar-muito") % (c2m211substa "sobre-treinar-muito") \thispagestyle{empty} \begin{center} \vspace*{1.5cm} \begin{tabular}{c} {\bf \Large Sobre treinar muito} \\ {\bf \Large e chorar várias} \\ {\bf \Large vezes por dia} \\ \end{tabular} \end{center} \newpage % «depoimento-pessoal» (to ".depoimento-pessoal") % (c2m211substp 28 "depoimento-pessoal") % (c2m211substa "depoimento-pessoal") \vspace*{-0.5cm} {\bf Um depoimento pessoal} Em várias partes do curso --- principalmente nesta aqui: \ssk {\scriptsize % (c2m211isp 1) % http://angg.twu.net/LATEX/2021-1-C2-int-subst.pdf \url{http://angg.twu.net/LATEX/2021-1-C2-int-subst.pdf} } \msk a gente vai precisar fazer substituições que são muito difíceis de fazer de cabeça. Quando eu estava na graduação o único jeito de lidar com elas era treinar muitas horas por dia até a gente aprender a fazer elas de cabeça tão rápido que a gente conseguia revisar todas as contas no olho, e a gente conseguia ajustar os detalhes e refazer as contas várias vezes --- de cabeça! --- até até a gente chegar exatamente na substituição certa que funcionava pro que a gente queria... \msk Depois no mestrado e no doutorado eu tive que aprender a lidar com muitos tipos de contas que eu não conseguia fazer de cabeça \ColorRed{de jeito nenhum}. \newpage % «depoimento-pessoal-2» (to ".depoimento-pessoal-2") % (c2m211substp 29 "depoimento-pessoal-2") % (c2m211substa "depoimento-pessoal-2") {\bf Um depoimento pessoal (2)} Hoje em dia eu acredito que o melhor jeito de lidar com substituições difíceis é usando o `$[:=]$'. \msk Com ele dá pra gente escrever a fórmula original à esquerda, depois os detalhes da substituição, depois um `$=$', depois o resultado da substituição --- que {\it deve ser} o caso particular que estamos procurando... e aí a gente consegue checar todos os detalhes visualmente, e levando poucos minutos ao invés de tardes inteiras. \msk Toda vez que a gente tiver que lidar com uma substituição que algumas pessoas acham difícil no curso eu vou usar a operação `$[:=]$' pra ajudar a visualizar os detalhes, e eu recomendo que vocês treinem ela e recorram a ela toda vez que o ``tentar fazer de cabeça'' não funcionar. % http://angg.twu.net/LATEX/2020-2-C2-int-subst.pdf#page=7 % http://angg.twu.net/LATEX/2020-2-C2-subst-trig.pdf#page=9 % http://angg.twu.net/LATEX/2020-2-C2-subst-trig.pdf#page=14 %\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" $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-subst veryclean make -f 2019.mk STEM=2021-1-C2-subst pdf % Local Variables: % coding: utf-8-unix % ee-tla: "c2m211subst" % End: