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% (find-LATEX "2024-2-C3-P2.tex") % (defun c () (interactive) (find-LATEXsh "lualatex -record 2024-2-C3-P2.tex" :end)) % (defun C () (interactive) (find-LATEXsh "lualatex 2024-2-C3-P2.tex" "Success!!!")) % (defun D () (interactive) (find-pdf-page "~/LATEX/2024-2-C3-P2.pdf")) % (defun d () (interactive) (find-pdftools-page "~/LATEX/2024-2-C3-P2.pdf")) % (defun e () (interactive) (find-LATEX "2024-2-C3-P2.tex")) % (defun o () (interactive) (find-LATEX "2024-1-C3-P2.tex")) % (defun u () (interactive) (find-latex-upload-links "2024-2-C3-P2")) % (defun v () (interactive) (find-2a '(e) '(d))) % (defun d0 () (interactive) (find-ebuffer "2024-2-C3-P2.pdf")) % (defun cv () (interactive) (C) (ee-kill-this-buffer) (v) (g)) % (defun oe () (interactive) (find-2a '(o) '(e))) % (code-eec-LATEX "2024-2-C3-P2") % (find-pdf-page "~/LATEX/2024-2-C3-P2.pdf") % (find-sh0 "cp -v ~/LATEX/2024-2-C3-P2.pdf /tmp/") % (find-sh0 "cp -v ~/LATEX/2024-2-C3-P2.pdf /tmp/pen/") % (find-xournalpp "/tmp/2024-2-C3-P2.pdf") % file:///home/edrx/LATEX/2024-2-C3-P2.pdf % file:///tmp/2024-2-C3-P2.pdf % file:///tmp/pen/2024-2-C3-P2.pdf % http://anggtwu.net/LATEX/2024-2-C3-P2.pdf % (find-LATEX "2019.mk") % (find-Deps1-links "Caepro5 Piecewise2 Maxima2") % (find-Deps1-cps "Caepro5 Piecewise2 Maxima2") % (find-Deps1-anggs "Caepro5 Piecewise2 Maxima2") % (find-MM-aula-links "2024-2-C3-P2" "3" "c3m242p2" "c3p2") % «.defs» (to "defs") % «.defs-T-and-B» (to "defs-T-and-B") % «.defs-caepro» (to "defs-caepro") % «.defs-pict2e» (to "defs-pict2e") % «.defs-maxima» (to "defs-maxima") % «.defs-V» (to "defs-V") % «.title» (to "title") % «.links» (to "links") % «.questao-1» (to "questao-1") % «.lembre-que» (to "lembre-que") \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-LATEX "dednat7-test1.tex") %\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") % % (find-es "tex" "geometry") \usepackage[a6paper, landscape, top=1.5cm, bottom=.25cm, left=1cm, right=1cm, includefoot ]{geometry} % \begin{document} % «defs» (to ".defs") % (find-LATEX "edrx21defs.tex" "colors") % (find-LATEX "edrx21.sty") \def\drafturl{http://anggtwu.net/LATEX/2024-2-C3.pdf} \def\drafturl{http://anggtwu.net/2024.2-C3.html} \def\draftfooter{\tiny \href{\drafturl}{\jobname{}} \ColorBrown{\shorttoday{} \hours}} % (find-LATEX "2024-1-C2-carro.tex" "defs-caepro") % (find-LATEX "2024-1-C2-carro.tex" "defs-pict2e") \catcode`\^^J=10 \directlua{dofile "dednat7load.lua"} % (find-LATEX "dednat7load.lua") \directlua{dednat7preamble()} % (find-angg "LUA/DednatPreamble1.lua") \directlua{dednat7oldheads()} % (find-angg "LUA/Dednat7oldheads.lua") % «defs-T-and-B» (to ".defs-T-and-B") \long\def\ColorDarkOrange#1{{\color{orange!90!black}#1}} \def\T(Total: #1 pts){{\bf(Total: #1)}} \def\T(Total: #1 pts){{\bf(Total: #1 pts)}} \def\T(Total: #1 pts){\ColorRed{\bf(Total: #1 pts)}} \def\B (#1 pts){\ColorDarkOrange{\bf(#1 pts)}} % «defs-caepro» (to ".defs-caepro") %L dofile "Caepro5.lua" -- (find-angg "LUA/Caepro5.lua" "LaTeX") \def\Caurl #1{\expr{Caurl("#1")}} \def\Cahref#1#2{\href{\Caurl{#1}}{#2}} \def\Ca #1{\Cahref{#1}{#1}} % «defs-pict2e» (to ".defs-pict2e") %L dofile "Piecewise2.lua" -- (find-LATEX "Piecewise2.lua") %L --dofile "Escadas1.lua" -- (find-LATEX "Escadas1.lua") \def\pictgridstyle{\color{GrayPale}\linethickness{0.3pt}} \def\pictaxesstyle{\linethickness{0.5pt}} \def\pictnaxesstyle{\color{GrayPale}\linethickness{0.5pt}} \celllower=2.5pt % «defs-maxima» (to ".defs-maxima") %L dofile "Maxima2.lua" -- (find-angg "LUA/Maxima2.lua") \pu % «defs-V» (to ".defs-V") %L --- See: (find-angg "LUA/MiniV1.lua" "problem-with-V") %L V = MiniV %L v = V.fromab \pu % _____ _ _ _ % |_ _(_) |_| | ___ _ __ __ _ __ _ ___ % | | | | __| |/ _ \ | '_ \ / _` |/ _` |/ _ \ % | | | | |_| | __/ | |_) | (_| | (_| | __/ % |_| |_|\__|_|\___| | .__/ \__,_|\__, |\___| % |_| |___/ % % «title» (to ".title") % (c3m242p2p 1 "title") % (c3m242p2a "title") \thispagestyle{empty} \begin{center} \vspace*{1.2cm} {\bf \Large Cálculo 3 - 2024.2} \bsk P2 (segunda prova) \bsk Eduardo Ochs - RCN/PURO/UFF \url{http://anggtwu.net/2024.2-C3.html} \end{center} \newpage % «links» (to ".links") % (c3m242p2p 2 "links") % (c3m242p2a "links") {\bf Links} \scalebox{0.6}{\def\colwidth{16cm}\firstcol{ % (find-es "maxima" "2024.2-C3-P2") {\footnotesize \par \url{http://anggtwu.net/e/maxima.e.html\#2024.2-C3-P2} \par \texttt{(find-es "maxima" "2024.2-C3-P2")} \par } }\anothercol{ }} \newpage %L PictBounds.setbounds(v(-2,-2), v(2,2)) %L minidraw = function (spec, name) %L PwSpec.from(spec):topict():pgat("pgatc",{sa=name}):preunitlength("5pt") %L :output() %L end %L minidraw("(-2,1)--(2,1)", "s 0 1") %L minidraw("(-2,-1)--(1,2)", "s 1 1") \pu \newpage % ___ _ _ % / _ \ _ _ ___ ___| |_ __ _ ___ / | % | | | | | | |/ _ \/ __| __/ _` |/ _ \ | | % | |_| | |_| | __/\__ \ || (_| | (_) | | | % \__\_\\__,_|\___||___/\__\__,_|\___/ |_| % % «questao-1» (to ".questao-1") % (c3m242p2p 3 "questao-1") % (c3m242p2a "questao-1") % (find-es "maxima" "2024.2-C3-P2") \vspace*{-0.25cm} \scalebox{0.43}{\def\colwidth{13cm}\firstcol{ {\bf Questão 1} \T(Total: 10.0 pts) Sejam: % $$\begin{array}{rcl} F(x,y) &=& x + y^2 \\ G(x,y) &=& 2x + y \\ r &=& G^{-1}(-2) \\ A &=& \{-2,-1,0,1,2\}^2 \\ B &=& [-2,2]^2 \\ C &=& \setofst{(x,y)∈B}{G(x,y)≥-2} \\ D &=& \setofst{(x,y)∈B}{G(x,y)=-2} \\ \end{array} $$ $$\begin{array}{rcccl} F_B &:& B &→& \R \\ && (x,y) &\mto& F(x,y) \\ F_C &:& C &→& \R \\ && (x,y) &\mto& F(x,y) \\ \end{array} $$ \ssk a) \B (0.5 pts) Faça o diagrama de numerozinhos da função $F$. Desenhe um numerozinho para cada ponto de $A$. \ssk b) \B (0.5 pts) Idem, mas para a função $G$. \ssk c) \B (0.5 pts) Desenhe as curvas de nível da $G$ para $z=-2,-1,0,1,2$. \ssk d) \B (0.5 pts) Desenhe os conjuntos $r,A,B,C,D$. \ssk e) \B (0.5 pts) Desenhe as curvas de nível da $F$ para $z=-1,0,1,2$. \ssk f) \B (0.5 pts) Desenhe as curvas de nível da $F_B$ para $z=-1,0,1,2$. Inclua a fronteira do domínio da $F_B$ no seu desenho pra leitor conseguir ver até onde essas curvas de nível vão. \ssk g) \B (1.0 pts) Desenhe as curvas de nível da $F_C$ para $z=-1,0,1,2$. Inclua a fronteira do domínio da $F_C$ no seu desenho pra leitor conseguir ver até onde essas curvas de nível vão. \ssk h) \B (1.0 pts) Dê coordenadas {\sl aproximadas} para os máximos e mínimos locais da função $F_C$. \msk Nos próximos itens você vai tentar fazer um truque que o Bortolossi ensina no capítulo 12 dele, em que ele mostra como encontrar máximos e mínimos locais na fronteira a partir de pontos na fronteira em que dois vetores gradientes são paralelos -- e com isso você vai conseguir fazer uma versão melhorada do seu item (h). }\anothercol{ \vspace*{0cm} Digamos que: % $$\begin{array}{rcl} d(x) &=& ax+b \\ s &=& \setofxyst{y=d(x)} \\ P(x) &=& (x,d(x)) \\ \end{array} $$ \standout{tais que} $s=r$. \msk Isso ($↑$) é uma {\sl definição indireta}. O autor -- no caso, eu -- não está dizendo quais são os valores de $a$ e $b$, e o leitor -- no caso, você -- vai ter que se virar pra descobrir. \ssk i) \B (0.5 pts) Encontre $a$ e $b$ por chutar e testar. Você vai começar fazendo vários chutes-e-testes assim: % $$\begin{array}{lcl} \text{Se $(a,b)=(0,1)$ então $s=\ga{s 0 1}$ e $s≠r$ \;\; \frown} \\ \text{Se $(a,b)=(1,1)$ então $s=\ga{s 1 1}$ e $s≠r$ \;\; \frown} \\ \end{array} $$ \ssk j) \B (0.5 pts) Calcule $∇F(x,y)$, $∇G(x,y)$, $∇F(P(x))$ e $∇G(P(x)).$ \ssk k) \B (1.0 pts) Faça uma cópia do seu desenho do item (g) incluindo os vetores $P(x)+∇F(P(x))$ e $P(x)+∇G(P(x))$ para os seguintes valores de $x$: $x=-1.5$, $x=-1$, $x=-0.5$. \ssk l) \B (1.0 pts) Encontre o valor de $x$ que faz com que $∇F(P(x))$ e $∇G(P(x))$ fiquem paralelos. Sugestão: faça uma tabela e encontre ele por chutar e testar. Chame esse valor de $x$ de $x_m$. \ssk m) \B (1.0 pts) Faça uma cópia do seu desenho do item (g) incluindo os vetores $P(x)+∇F(P(x))$ e $P(x)+∇G(P(x))$ para $x=x_m$. Faça ele BEM grande e capriche! \ssk n) \B (1.0 pts) Calcule $F(D)$ e $F(C)$.. }} \newpage % _ _ % | | ___ _ __ ___ | |__ _ __ ___ __ _ _ _ ___ % | | / _ \ '_ ` _ \| '_ \| '__/ _ \ / _` | | | |/ _ \ % | |__| __/ | | | | | |_) | | | __/ | (_| | |_| | __/ % |_____\___|_| |_| |_|_.__/|_| \___| \__, |\__,_|\___| % |_| % «lembre-que» (to ".lembre-que") % (c3m242p2p 4 "lembre-que") % (c3m242p2a "lembre-que") \scalebox{0.5}{\def\colwidth{10cm}\firstcol{ \vspace*{-0.5cm} Lembre que se $F:\R^2→\R$, $A⊆\R^2$ e $B⊆\R$ então: % $$\begin{array}{rcl} F(A) &=& \setofst{F(x,y)}{(x,y)∈A} \\ F^{-1}(b) &=& \setofst{(x,y)∈\R^2}{F(x,y)=b} \\ F^{-1}(B) &=& \setofst{(x,y)∈\R^2}{F(x,y)∈B} \\ \end{array} $$ e que quando a gente escreve % $$\begin{array}{rcccl} G &:& A &→& \R \\ && (x,y) &\mto& F(x,y) \\ \end{array} $$ isso define uma função $G$ que se comporta como a $F$ dentro do conjunto $A$, mas o domínio dessa $G$ é só o conjunto $A$ -- quando a $G$ recebe um ponto de $\R^2\bsl A$ ela dá um erro. \msk Lembre que dois vetores $\vv$ e $\ww$ não nulos são {\sl paralelos} quando $∃λ∈\R.\,\vv=λ\ww$. Por exemplo, $\VEC{2,3}$ e $\VEC{20,30}$ são paralelos mas $\VEC{2,3}$ e $\VEC{5,4}$ não são paralelos. % \ssk % % Além disso eu vou usar essa abreviação aqui: % % % $$\begin{array}{rcl} % [\textit{condição}] &=& \setofst{(x,y)∈\R^2}{\textit{condição}} \\ % \end{array} % $$ % % por exemplo: % % % $$\begin{array}{rcl} % [y=2x] &=& \setofst{(x,y)∈\R^2}{y=2x}. \\ % \end{array} % $$ }\anothercol{ }} \newpage % (find-es "maxima" "2024.2-C3-P2") %M (%i1) [xmin,xmax, ymin,ymax] : [-2,2, -2,2]$ %M (%i2) numsB(expr) := %M apply(matrix, %M makelist(makelist(ev(expr), x,-2,2), %M y, seqby(2,-2,-1)))$ %M %M (%i3) F : x + y^2$ %M (%i4) G : 2*x + y$ %M (%i5) define(F(x,y), F); %M (%o5) F\left(x , y\right):=y^2+x %M (%i6) define(G(x,y), G); %M (%o6) G\left(x , y\right):=y+2\,x %M (%i7) %M /* (a): 0.5 pts */ %M numsB(F); %M (%o7) \begin{pmatrix}2&3&4&5&6\cr -1&0&1&2&3\cr -2&-1&0&1&2\cr -1&0&1&2&3\cr 2&3&4&5&6\cr \end{pmatrix} %M (%i8) %M /* (b): 0.5 pts */ %M numsB(G); %M (%o8) \begin{pmatrix}-2&0&2&4&6\cr -3&-1&1&3&5\cr -4&-2&0&2&4\cr -5&-3&-1&1&3\cr -6&-4&-2&0&2\cr \end{pmatrix} %M (%i9) /* (c): 0.5 pts */ %M G_B : [myimp1(G=-2, lc(blue)), %M myimp1(G=-1, lc(forest_green)), %M myimp1(G=0, lc(gold)), %M myimp1(G=1, lc(orange)), %M myimp1(G=2, lc(red))]$ %L maximahead:sa("Q1 ab", "") \pu %M (%i10) myqdrawp(xyrange(), G_B); %M %M /* (d): 0.5 pts */ %M (%o10) \myvcenter{\includegraphics[height=5cm]{2024-2-C3/P2_001.pdf}} %M (%i11) D_B : [myimp1(G=-2, lc(gray))]$ %M %M (%i12) myqdrawp(xyrange(), D_B); %M (%o12) \myvcenter{\includegraphics[height=5cm]{2024-2-C3/P2_002.pdf}} %M (%i13) %M /* (e): 0.5 pts */ %M /* (f): 0.5 pts */ %M F_B : [myimp1(F=-1, lc(blue)), %M myimp1(F=0, lc(forest_green)), %M myimp1(F=1, lc(orange)), %M myimp1(F=2, lc(red))]$ %M (%i14) myqdrawp(xyrange(), F_B); %M (%o14) \myvcenter{\includegraphics[height=5cm]{2024-2-C3/P2_003.pdf}} %L maximahead:sa("Q1 cdef", "") \pu \scalebox{0.3}{\def\colwidth{14cm}\firstcol{ \vspace*{0cm} \def\hboxthreewidth {14cm} \ga{Q1 ab} }\anothercol{ \vspace*{0cm} \def\hboxthreewidth {14cm} \ga{Q1 cdef} }} \newpage %M (%i15) /* (g): 1.0 pts */ %M F_ys(z) := block([ys], %M ys : solve([G=-2,F=z],[x,y]), %M [rhs(ys[1][2]), rhs(ys[2][2])])$ %M (%i16) F_miny(z) := apply('min, F_ys(z))$ %M (%i17) F_maxy(z) := apply('max, F_ys(z))$ %M (%i18) F_C_z(z,color) := myapply_fl('imp1, %M F=z, x,-2,2, y,F_miny(z),F_maxy(z), lc(color))$ %M (%i19) F_C : [F_C_z(-1, blue), %M F_C_z( 0, forest_green), %M F_C_z( 1, orange), %M F_C_z( 2, red)]$ %M (%i20) myqdrawp(xyrange(), D_B, F_C); %M (%o20) \myvcenter{\includegraphics[height=5cm]{2024-2-C3/P2_004.pdf}} %M (%i21) /* (h): 1.0 pts */ %M [F(-1,0), F(2,-2), F(2,2)]; %M (%o21) \left[ -1 , 6 , 6 \right] %L maximahead:sa("Q1 gh", "") \pu %M (%i22) /* (i): 0.5 pts */ %M G=-2; %M (%o22) y+2\,x=-2 %M (%i23) solve(G=-2, y); %M (%o23) \left[ y=-\left(2\,x\right)-2 \right] %M (%i24) solve(G=-2, y)[1]; %M (%o24) y=-\left(2\,x\right)-2 %M (%i25) rhs(solve(G=-2, y)[1]); %M (%o25) -\left(2\,x\right)-2 %M (%i26) define(d(x), rhs(solve(G=-2, y)[1])); %M (%o26) d\left(x\right):=-\left(2\,x\right)-2 %M (%i27) define(P(x), [x,d(x)]); %M (%o27) P\left(x\right):=\left[ x , -\left(2\,x\right)-2 \right] %M (%i28) [a,b] : [-2,-2]; %M (%o28) \left[ -2 , -2 \right] %L maximahead:sa("Q1 i", "") \pu \scalebox{0.45}{\def\colwidth{14cm}\firstcol{ \vspace*{0cm} \def\hboxthreewidth {14cm} \ga{Q1 gh} }\anothercol{ \vspace*{0cm} \def\hboxthreewidth {14cm} \ga{Q1 i} }} \newpage %M (%i29) /* (j): 0.5 pts */ %M grad(F) := [diff(F,x), diff(F,y)]$ %M (%i30) define(gradF (x,y), grad(F)); %M (%o30) \mathrm{gradF}\left(x , y\right):=\left[ 1 , 2\,y \right] %M (%i31) define(gradG (x,y), grad(G)); %M (%o31) \mathrm{gradG}\left(x , y\right):=\left[ 2 , 1 \right] %M (%i32) define(gradFP(x), apply('gradF, P(x))); %M (%o32) \mathrm{gradFP}\left(x\right):=\left[ 1 , 2\,\left(-\left(2\,x\right)-2\right) \right] %M (%i33) define(gradGP(x), apply('gradG, P(x))); %M (%o33) \mathrm{gradGP}\left(x\right):=\left[ 2 , 1 \right] %M (%i34) /* (k): 1.0 pts */ %M gradsP(x) := [myPv_c(P(x),gradGP(x)/3, blue), %M myPv_c(P(x),gradFP(x)/3, dark_violet)]$ %M (%i35) gradsP_3 : [gradsP(-1.5), gradsP(-1), gradsP(-0.5)]$ %M (%i36) myqdrawp(xyrange(), D_B, F_C, gradsP_3); %M (%o36) \myvcenter{\includegraphics[height=5cm]{2024-2-C3/P2_005.pdf}} %L maximahead:sa("Q1 jk", "") \pu %M (%i37) /* (l): 1.0 pts */ %M eq1 : 2*gradFP(x) = gradGP(x); %M (%o37) \left[ 2 , 4\,\left(-\left(2\,x\right)-2\right) \right] =\left[ 2 , 1 \right] %M (%i38) eq2 : 2*gradFP(x)[2] = gradGP(x)[2]; %M (%o38) 4\,\left(-\left(2\,x\right)-2\right)=1 %M (%i39) solve(eq2, x); %M (%o39) \left[ x=-\left({\frac{9}{8}}\right) \right] %M (%i40) solve(eq2, x)[1]; %M (%o40) x=-\left({\frac{9}{8}}\right) %M (%i41) xm : rhs(solve(eq2, x)[1]); /* -9/8 */ %M (%o41) -\left({\frac{9}{8}}\right) %M (%i42) ym : d(xm); /* 1/4 */ %M (%o42) {\frac{1}{4}} %M (%i43) Fm : F(xm,ym); /* -17/16 */ %M (%o43) -\left({\frac{17}{16}}\right) %L maximahead:sa("Q1 l", "") \pu \scalebox{0.4}{\def\colwidth{14cm}\firstcol{ \vspace*{0cm} \def\hboxthreewidth {14cm} \ga{Q1 jk} }\anothercol{ \vspace*{0cm} \def\hboxthreewidth {14cm} \ga{Q1 l} }} %M (%i44) /* (m): 1.0 pts */ %M (%i44) gradsP_xm : [gradsP(xm)]$ %M (%i45) myqdrawp(xyrange(), D_B, F_C, gradsP_xm); %M (%o45) \myvcenter{\includegraphics[height=5cm]{2024-2-C3/P2_006.pdf}} %L maximahead:sa("Q1 m", "") \pu %M (%i46) /* (n): 1.0 pts */ %M Fnw : F(-2,d(-2)); %M (%o46) 2 %M (%i47) Fsw : F(0,d(0)); %M (%o47) 4 %M (%i48) Fne : F(2,2); %M (%o48) 6 %M (%i49) Fse : F(2,-2); %M (%o49) 6 %M (%i50) [Fm, Fnw, Fsw]; %M (%o50) \left[ -\left({\frac{17}{16}}\right) , 2 , 4 \right] %M (%i51) FD : [Fm, max(Fnw, Fsw)]; %M (%o51) \left[ -\left({\frac{17}{16}}\right) , 4 \right] %M (%i52) FC : [Fm, max(Fnw, Fsw, Fne, Fse)]; %M (%o52) \left[ -\left({\frac{17}{16}}\right) , 6 \right] %L maximahead:sa("Q1 n", "") \pu \scalebox{0.4}{\def\colwidth{14cm}\firstcol{ \vspace*{0cm} \def\hboxthreewidth {14cm} \ga{Q1 m} }\anothercol{ \vspace*{0cm} \def\hboxthreewidth {14cm} \ga{Q1 n} }} \newpage \GenericWarning{Success:}{Success!!!} % Used by `M-x cv' \end{document} % (find-pdfpages2-links "~/LATEX/" "2024-2-C3-P2") % Local Variables: % coding: utf-8-unix % ee-tla: "c3p2" % ee-tla: "c3m242p2" % End: