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% (find-LATEX "2024-2-C3-trajetorias.tex") % (defun c () (interactive) (find-LATEXsh "lualatex -record 2024-2-C3-trajetorias.tex" :end)) % (defun C () (interactive) (find-LATEXsh "lualatex 2024-2-C3-trajetorias.tex" "Success!!!")) % (defun D () (interactive) (find-pdf-page "~/LATEX/2024-2-C3-trajetorias.pdf")) % (defun d () (interactive) (find-pdftools-page "~/LATEX/2024-2-C3-trajetorias.pdf")) % (defun e () (interactive) (find-LATEX "2024-2-C3-trajetorias.tex")) % (defun o () (interactive) (find-LATEX "2024-1-C3-trajetorias.tex")) % (defun u () (interactive) (find-latex-upload-links "2024-2-C3-trajetorias")) % (defun v () (interactive) (find-2a '(e) '(d))) % (defun d0 () (interactive) (find-ebuffer "2024-2-C3-trajetorias.pdf")) % (defun cv () (interactive) (C) (ee-kill-this-buffer) (v) (g)) % (code-eec-LATEX "2024-2-C3-trajetorias") % (find-pdf-page "~/LATEX/2024-2-C3-trajetorias.pdf") % (find-sh0 "cp -v ~/LATEX/2024-2-C3-trajetorias.pdf /tmp/") % (find-sh0 "cp -v ~/LATEX/2024-2-C3-trajetorias.pdf /tmp/pen/") % (find-xournalpp "/tmp/2024-2-C3-trajetorias.pdf") % file:///home/edrx/LATEX/2024-2-C3-trajetorias.pdf % file:///tmp/2024-2-C3-trajetorias.pdf % file:///tmp/pen/2024-2-C3-trajetorias.pdf % http://anggtwu.net/LATEX/2024-2-C3-trajetorias.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-trajetorias" "3" "c3m242traj" "c3tr") % «.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") % % «.introducao-2021.2» (to "introducao-2021.2") % «.vetores» (to "vetores") % «.primeiros-objetivos» (to "primeiros-objetivos") % «.convencao-de-GA-e-de-AL» (to "convencao-de-GA-e-de-AL") % «.vetores-como-setas» (to 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\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") % (c3m242trajp 1 "title") % (c3m242traja "title") \thispagestyle{empty} \begin{center} \vspace*{1.2cm} {\bf \Large Cálculo 3 - 2024.2} \bsk Aula nn: ponha o título aqui \bsk Eduardo Ochs - RCN/PURO/UFF \url{http://anggtwu.net/2024.2-C3.html} \end{center} \newpage % «links» (to ".links") % (c3m242trajp 2 "links") % (c3m242traja "links") {\bf Links} \scalebox{0.6}{\def\colwidth{16cm}\firstcol{ % (find-books "__analysis/__analysis.el" "acker") % (find-books "__analysis/__analysis.el" "acker" "37" "9 Equações paramétricas") Felipe Acker: \par \Ca{AckerGA1p53} 9. Equações paramétricas \ssk \par \Ca{AckerGA1}, \Ca{AckerGA2}, \Ca{AckerGA3}, \Ca{AckerGA4} \par \url{http://anggtwu.net/acker/README.html} \msk Bortolossi: \par \Ca{Bort6} 6. curvas parametrizadas \msk % (find-books "__analysis/__analysis.el" "stewart-pt") % (find-books "__analysis/__analysis.el" "stewart-pt" "576" "10.1 Curvas Definidas por") Stewart: \par \Ca{StewPtCap10p5} 10. Equações paramétricas e coordenadas polares \par \Ca{StewPtCap10p9} (p.579) Figuras 10, 11 e 12 \msk % (find-books "__analysis/__analysis.el" "leithold") % (find-books "__analysis/__analysis.el" "leithold" "17 618" "Limaçon") Leithold: \par \Ca{Leit10} 10. Seções cônicas e coordenadas polares \par \Ca{Leit10p43} (p.618) Limaçon \bsk \bsk \bsk % (c3m222introp 1 "title") % (c3m222introa "title") %\par \Ca{3fT1} Versão anterior destes slides % (c3m211vtp 3 "exercicio-1") % (c3m211vta "exercicio-1") }\anothercol{ }} \newpage % «introducao-2021.2» (to ".introducao-2021.2") % (c3m242trajp 3 "introducao-2021.2") % (c3m242traja "introducao-2021.2") % (c3m241trajp 3 "introducao-2021.2") % (c3m241traja "introducao-2021.2") % (c3m212introp 2 "neste-semestre") % (c3m212introa "neste-semestre") {\bf Introdução antiga (2021.2)} \scalebox{0.55}{\def\colwidth{9.5cm}\firstcol{ Desta vez um dos objetivos principais do curso vai ser a gente aprender a visualizar muitas coisas em 3D ou de cabeça ou fazendo umas pouquinhas contas e desenhos no papel. Pra isso a gente vai treinar fazer ``desenhos tortos que todo mundo entenda'' -- porque fazer desenhos à mão livre medindo tudo no olhômetro costuma ser bem mais rápido do que fazer desenhos com régua -- e em TODOS os exercícios que eu vou passar durante o curso as contas são simples o suficiente pra poderem ser feitas meio de cabeça e meio no papel. \msk Em Cálculo 2 você muitas vezes teve que desenhar figuras feitas de 4, 8, ou 16 retângulos, e aí você levava 5 minutos pra entender como desenhar o primeiro retângulo, depois só um minuto pra desenhar o segundo, e aos poucos você entendia o padrão, e no final você desenhava cada retângulo em menos de 5 segundos -- e aí você conseguia {\sl visualizar} como seria a figura correspondente com 256, 512 ou 1024 retângulos, e você passava a conseguir visualizar certos somatórios a partir das fórmulas deles, sem precisar desenhar as figuras correspondentes a eles. \ssk }\anothercol{ % (find-books "__analysis/__analysis.el" "bortolossi") % (find-books "__analysis/__analysis.el" "bortolossi" "113" "[24] Faça a associação destas curvas") Nos exercícios deste PDF você vai desenhar parábolas a partir de 5 pontos delas, e você vai tentar ``adivinhar'' o resto da parábola a partir destes poucos pontos. O modo matematicamente correto de fazer isto seria como o Bortolossi faz em alguns exercícios; dê uma olhada nas páginas 113 e 114 dele. O exercício [24] da página 113 dá seis fórmulas e seis gráficos -- os gráficos estão na página seguinte -- e ele pede pra você descobrir qual fórmula corresponde a qual gráfico... \ssk \par \Ca{Bort3p35} (p.113) Exercício [24] \par \Ca{Bort3p37} (p.114) Figuras pro exercício 24 \msk Neste curso eu vou passar um monte de exercícios com enunciados como ``tente adivinhar o gráfico da equação tal''. Eu vou usar a expressão ``\ColorRed{tente adivinhar}'' pra enfatizar que o que a gente vai fazer não é totalmente formal: a partir de 5 pontos a gente consegue fazer uma ``hipótese razoável'' de como é o formato de uma parábola, a partir de 20 pontos dessa parábola a gente conseguiria fazer uma hipótese melhor de como ela é, e calculando um milhão de pontos dela a gente conseguiria fazer um desenho bem mais preciso dela... só que a gente quer aprender a fazer desenhos bons o suficiente a partir de contas que a gente possa fazer na mão!... % (find-bortolossi3page (+ -78 113) "[24] Faça a associação destas curvas") % (c3m211vtp 6 "sobre-adivinhar-trajetorias") % (c3m211vta "sobre-adivinhar-trajetorias") }} \newpage % «vetores» (to ".vetores") % (c3m242trajp 4 "vetores") % (c3m242traja "vetores") % (c3m241trajp 4 "vetores") % (c3m241traja "vetores") % (c3m212introp 3 "introducao") % (c3m212introa "introducao") \newpage {\bf Introdução ao curso} Cálculo 3 é principalmente sobre: \begin{enumerate} \item funções de $\R$ em $\R^2$ -- que o Bortolossi costuma chamar de \ColorRed{curvas parametrizadas}, mas nós vamos chamar de \ColorRed{trajetórias}, e \item funções de $\R^2$ em $\R$, que vão gerar \ColorRed{superfícies}. \end{enumerate} Depois que nós aprendermos o suficiente sobre (1) e (2) nós vamos poder lidar com coisas um pouco mais gerais, como funções $F:A→\R^n$, onde $A⊆\R^n$ é um \ColorRed{conjunto aberto}. \newpage % «primeiros-objetivos» (to ".primeiros-objetivos") % (c3m242trajp 5 "primeiros-objetivos") % (c3m242traja "primeiros-objetivos") % (c3m212introp 3 "primeiros-objetivos") % (c3m212introa "primeiros-objetivos") {\bf Nossos primeiros objetivos vão ser:} \begin{enumerate} \item Aprender a representar graficamente algumas trajetórias, usando a idéia de \ColorRed{traço} do Bortolossi (cap.6, p.188), mas escrevendo algumas informações a mais, como ``$t=0$'' e ``$t=1$'' em alguns pontos, \item Calcular e representar graficamente \ColorRed{vetores tangentes} a trajetórias (``\ColorRed{vetores velocidade}''), \item Entender \ColorRed{vetores secantes} (cap.6, p.199), \item Entender \ColorRed{aproximações de primeira ordem} pra trajetórias, que dão \ColorRed{retas parametrizadas}, e depois \ColorRed{aproximações de segunda ordem}, que vão dar \ColorRed{parábolas parametrizadas}. \end{enumerate} ...mas hoje nós vamos fazer uma revisão de algumas idéias de GA. \newpage % «convencao-de-GA-e-de-AL» (to ".convencao-de-GA-e-de-AL") % (c3m242trajp 6 "convencao-de-GA-e-de-AL") % (c3m242traja "convencao-de-GA-e-de-AL") % (c3m241trajp 6 "convencao-de-GA-e-de-AL") % (c3m241traja "convencao-de-GA-e-de-AL") % (c3m212introp 5 "convencao-de-GA-e-de-AL") % (c3m212introa "convencao-de-GA-e-de-AL") % (c3m202introp 4 "convencao-de-GA-e-de-AL") % (c3m202intro "convencao-de-GA-e-de-AL") % (c3m201introp 4 "convencao-de-GA-e-de-AL") % (c3m201intro "convencao-de-GA-e-de-AL") Você já deve ter visto estas duas convenções diferentes para representar pontos e vetores... am \ColorRed{Álgebra Linear} tanto pontos quanto vetores em $\R^2$ são representados como matrizes-coluna de altura 2: % $$\pmat{2\\3} + \pmat{40\\50} = \pmat{42\\53}$$ % e em \ColorRed{Geometria Analítica} pontos e vetores são escritos de forma diferente -- vetores têm uma seta em cima -- e representados graficamente de formas diferentes... % $$(2,3) + \VEC{40,50} = (42,53)$$ % \newpage % «vetores-como-setas» (to ".vetores-como-setas") % (c3m242trajp 7 "vetores-como-setas") % (c3m242traja "vetores-como-setas") % (c3m241trajp 7 "vetores-como-setas") % (c3m241traja "vetores-como-setas") % (c3m212introp 6 "vetores-como-setas") % (c3m212introa "vetores-como-setas") % (c3m211introp 5 "vetores-como-setas") % (c3m211introa "vetores-como-setas") {\bf Vetores como setas} Um \ColorRed{ponto} $(a,b)$ é interpretado graficamente como um ponto $(a,b)$ de $\R^2$, e um \ColorRed{vetor} $\VEC{c,d}$ é interpretado como um \ColorRed{deslocamento}, e desenhado como uma \ColorRed{seta}. Se o vetor $\VEC{c,d}$ aparece sozinho a representação gráfica dele é \ColorRed{qualquer} seta que anda $c$ unidades pra direita e $d$ unidades pra cima. Às vezes a gente pensa que $\VEC{c,d}$ é o conjunto de {\sl todas} as setas assim -- o conjunto de todas as setas ``equipolentes'' a esta; veja a p.9 do livro do CEDERJ. \bsk Link: \ssk \Ca{DFES1p10} CEDERJ, Geometria Analítica 1 (p.9) \newpage % «convencao-temporaria» (to ".convencao-temporaria") % (c3m242trajp 8 "convencao-temporaria") % (c3m242traja "convencao-temporaria") % (c3m212introp 7 "convencao-temporaria") % (c3m212introa "convencao-temporaria") % (c3m211introp 6 "convencao-temporaria") % (c3m211introa "convencao-temporaria") {\bf Uma convenção (temporária)} O \ColorRed{resultado} da expressão $(a,b)+\VEC{c,d}$ é o ponto $(a+c,b+d)$, mas a representação gráfica dele vai ser: 1) o ponto $(a,b)$, 2) uma seta indo de $(a,b)$ para $(a+c,b+d)$, 3) o ponto $(a+c,b+d)$, 4) anotações dos lados dos pontos $(a,b)$ e $(a+c,b+d)$ dizendo os ``nomes'' destes pontos e uma anotação do lado da seta $\VEC{c,d}$ dizendo o seu ``nome'' --- como nos dois exemplos abaixo (oops! Falta fazer os desenhos!): \msk (pôr o desenho aqui) \msk Nesta aula vai ser obrigatório pôr todos os nomes, mas nas outras não. \newpage % «convencao-temporaria-2» (to ".convencao-temporaria-2") % (c3m242trajp 9 "convencao-temporaria-2") % (c3m242traja "convencao-temporaria-2") A representação gráfica de \def\und#1#2{\underbrace{#1}_{\textstyle#2}} \def\Red#1{\ColorRed{#1}} $$((1,1) + \VEC{2,0}) + \VEC{1,2} = (1,1) + (\VEC{2,0} + \VEC{1,2})$$ Vai ser um triângulo feito de três pontos e três setas -- os que estão em vermelho aqui: $$\und{(\und{\Red{(1,1)} + \Red{\VEC{2,0}}}{\Red{(3,1)}}) + \Red{\VEC{1,2}}}{\Red{(4,3)}} = \und{\Red{(1,1)} + (\und{\VEC{2,0} + \VEC{1,2}}{\Red{\VEC{3,2}}})}{\Red{(4,3)}} $$ O objetivo do próximo exercício é você relembrar como representar graficamente certas expressões com pontos e vetores usando quase só o olhômetro, quase sem fazer contas. % \fbox{Veja o vídeo!} \newpage % «parabolas-intro» (to ".parabolas-intro") % (c3m242trajp 10 "parabolas-intro") % (c3m242traja "parabolas-intro") % (c3m241trajp 10 "parabolas-intro") % (c3m241traja "parabolas-intro") % (c3m212introp 9 "parabolas-intro") % (c3m212introa "parabolas-intro") {\bf Desenhando parábolas (quase) no olhômetro} Digamos que conhecemos $A$, $\vv$, e $\ww$. Então a trajetória % $$P(t) = A + t\vv + t^2\ww$$ % é uma parábola -- e queremos aprender a desenhar os 5 pontos mais fáceis dela, que são $P(0)$, $P(1)$, $P(-1)$, $P(2)$, $P(-2)$, usando o máximo de olhômetro e o mínimo possível de contas... % \msk % \fbox{Veja o vídeo!} \newpage % «exercicio-1» (to ".exercicio-1") % (c3m242trajp 11 "exercicio-1") % (c3m242traja "exercicio-1") % (c3m241trajp 11 "exercicio-1") % (c3m241traja "exercicio-1") % (c3m212introp 10 "exercicio-1") % (c3m212introa "exercicio-1") % (c3m211introp 9 "exercicio-1") % (c3m211introa "exercicio-1") {\bf Exercício 1: desenhando parábolas (quase) no olhômetro} 1) Sejam $A=(3,1)$, $\vv = \VEC{1,0}$, $\ww = \VEC{0,1}$. Represente graficamente \ColorRed{num gráfico só}: a) $A$ b) $(A+\vv)+\ww$ c) $(A+\ww)+\vv$ d) $(A+2\vv)+4\ww$ e) $(A+4\ww)+2\vv$ f) $(A-\vv)+\ww$ g) $(A+\ww)-\vv$ h) $(A-2\vv)+4\ww$ i) $(A+4\ww)-2\vv$ \newpage % «exercicio-2» (to ".exercicio-2") % (c3m242trajp 12 "exercicio-2") % (c3m242traja "exercicio-2") % (c3m212introp 11 "exercicio-2") % (c3m212introa "exercicio-2") % (c3m211introp 10 "exercicio-2") % (c3m211introa "exercicio-2") {\bf Exercício 2: desenhando parábolas (quase) no olhômetro (2)} 2) Sejam $A=(1,1)$, $\vv = \VEC{1,-1}$, $\ww = \VEC{1,1}$. Represente graficamente \ColorRed{num gráfico só}: a) $A$ b) $(A+\vv)+\ww$ c) $(A+\ww)+\vv$ d) $(A+2\vv)+4\ww$ e) $(A+4\ww)+2\vv$ f) $(A-\vv)+\ww$ g) $(A+\ww)-\vv$ h) $(A-2\vv)+4\ww$ i) $(A+4\ww)-2\vv$ \newpage % «exercicio-3» (to ".exercicio-3") % (c3m242trajp 13 "exercicio-3") % (c3m242traja "exercicio-3") % (c3m241trajp 13 "exercicio-3") % (c3m241traja "exercicio-3") % (c3m212introp 12 "exercicio-3") % (c3m212introa "exercicio-3") % (c3m211introp 11 "exercicio-3") % (c3m211introa "exercicio-3") {\bf Exercício 3: desenhando parábolas (quase) no olhômetro (3)} 3) Sejam $A=(1,1)$, $\vv = \VEC{1,-1}$, $\ww = \VEC{-1,1}$. Represente graficamente \ColorRed{num gráfico só}: a) $A$ b) $(A+\vv)+\ww$ c) $(A+\ww)+\vv$ d) $(A+2\vv)+4\ww$ e) $(A+4\ww)+2\vv$ f) $(A-\vv)+\ww$ g) $(A+\ww)-\vv$ h) $(A-2\vv)+4\ww$ i) $(A+4\ww)-2\vv$ \newpage % «exercicio-4» (to ".exercicio-4") % (c3m242trajp 14 "exercicio-4") % (c3m242traja "exercicio-4") % (c3m241trajp 14 "exercicio-4") % (c3m241traja "exercicio-4") % (c3m212introp 13 "exercicio-4") % (c3m212introa "exercicio-4") % (c3m211introp 12 "exercicio-4") % (c3m211introa "exercicio-4") {\bf Exercício 4: desenhando parábolas (quase) no olhômetro (4)} 4) Sejam $A=(2,6)$, $\vv = \VEC{1,1}$, $\ww = \VEC{2,-1}$. Represente graficamente \ColorRed{num gráfico só}: a) $A$ b) $(A+\vv)+\ww$ c) $(A+\ww)+\vv$ d) $(A+2\vv)+4\ww$ e) $(A+4\ww)+2\vv$ f) $(A-\vv)+\ww$ g) $(A+\ww)-\vv$ h) $(A-2\vv)+4\ww$ i) $(A+4\ww)-2\vv$ \msk Obs: você vai precisar de um gráfico que contenha os pontos (0,0) e (12,8). \newpage % «introducao-2022.2» (to ".introducao-2022.2") % (c3m242trajp 15 "introducao-2022.2") % (c3m242traja "introducao-2022.2") % (c3m241trajp 15 "introducao-2022.2") % (c3m241traja "introducao-2022.2") % 3fT3: (c3m222introp 2 "aula-1") % (c3m222introa "aula-1") {\bf Introdução (2022.2)} \scalebox{0.6}{\def\colwidth{9cm}\firstcol{ % (c3m222introp 2 "aula-1") % (c3m222introa "aula-1") {\bf Sobre a aula 1} Na aula 1 nós usamos as idéias dos 8 primeiros slides daqui, \ssk % (c3m212introp 1 "title") % (c3m212introa "title") \Ca{3dT2} Aulas 4 e 5: introdução ao curso \ssk e do slide 10 daqui, \ssk % (c3m202planotangp 10 "geral-e-particular") % (c3m202planotanga "geral-e-particular") \Ca{3bT93} ...usam um caso particular disfarçado \ssk ...pra desenhar casos particulares das figuras das seções 7.4 e 7.5 do ``GA1'' do Felipe Acker: \ssk % (find-books "__analysis/__analysis.el" "acker") % (find-ackerGA1page (+ 16 27) "7.4 Soma de vetores") % (find-ackerGA1page (+ 16 29) "7.5 Somando vetores a pontos") \Ca{AckerGA1p43} (p.27) 7.4 Soma de vetores \bsk {\bf Introdução ao vetor velocidade} Em cursos de Cálculo 3 ``pra matemáticos'' a gente normalmente começa definindo o vetor velocidade como um limite. O Felipe Acker faz isso muito bem nos capítulos 2 e 3 do ``GA4'', \ssk % (find-books "__analysis/__analysis.el" "acker") % (find-ackerGA4page (+ 8 13) "2" "Velocidade") % (find-ackerGA4text (+ 8 13) "2" "Velocidade") % (find-ackerGA4page (+ 8 19) "3" "Aceleracao") % (find-ackerGA4text (+ 8 19) "3" "Aceleracao") \par \Ca{AckerGA4p21} (p.13) Capítulo 2: Velocidade \par \Ca{AckerGA4p27} (p.19) Capítulo 3: Aceleração \ssk Eu costumava fazer mais ou menos isso no curso de Cálculo 3, e a gente gastava uma aula inteira aprendendo a decifrar a fórmula daquele limite e visualizar o que ela queria dizer. }\anothercol{ Dessa vez vamos tentar fazer algo diferente. Vamos começar com exemplos e animações. Assista este vídeo aqui até o 9:00, \msk % (c3m212bezierp 1) % (c3m212bezier 1) \Ca{3dT25} Aula 7: um vídeo sobre curvas de Bézier {\footnotesize % «video-splines» (to ".video-splines") % (c3m242trajp 15 "video-splines") % (c3m242traja "video-splines") % (c3m241trajp 15 "video-splines") % (c3m241traja "video-splines") % https://www.youtube.com/watch?v=aVwxzDHniEw \url{https://www.youtube.com/watch?v=aVwxzDHniEw} % (code-video "beziervideo" "/home/videos/Math/The_Beauty_of_Bezier_Curves-aVwxzDHniEw.mp4") % (find-beziervideo "0:00") % (find-beziervideo "7:00") } \msk ...mas considere que tudo no vídeo até o 6:34 são idéias avançadas que a gente só vai entender nuns exercícios que a gente vai fazer daqui a algumas aulas. Por enquanto reserve praticamente toda a sua atenção pro trecho entre 6:34 e 9:00, que é o trecho que a Freya Holmér mostra os vetores velocidade e aceleração pra algumas curvas de Bézier. \msk A gente vai fazer o seguinte. Nós vamos acreditar que {\sl em geral} quando temos uma trajetória $P(t) = (x(t),y(t))$ o vetor velocidade dessa trajetória é $P'(t) = (x'(t),y'(t))$. Nós vamos ver vários exemplos disso, e vamos deixar pra entender os detalhes desse ``em geral'' quando formos entender a definição ``pra matemáticos'' do vetor velocidade. }} \newpage % «traco» (to ".traco") % (c3m242trajp 16 "traco") % (c3m242traja "traco") % (c3m241trajp 16 "traco") % (c3m241traja "traco") % (c3m232trp 3 "traco") % (c3m232tra "traco") {\bf Traço} \scalebox{0.5}{\def\colwidth{10cm}\firstcol{ %a Comece entendendo a definição de traço de uma curva parametrizada do Bortolossi: \Ca{Bort6p2} (p.188) Definição 6.1 Agora sejam: % $$\begin{array}{rcl} P(t) &=& (4,0) + t\VEC{0,1}, \\ Q(u) &=& (0,3) + u\VEC{2,0}. \\ \end{array} $$ % «exercicio-5» (to ".exercicio-5") % (c3m242trajp 16 "exercicio-5") % (c3m242traja "exercicio-5") % (find-bortolossi6page (+ -186 188) "traço") % (find-bortolossi6page (+ -186 199) "limite de vetores secantes") {\bf Exercício 5} a) Represente num gráfico só o traço de $P(t)$ e o de $Q(u)$. \msk b) Marque o ponto $P(0)$ e escreva `$t=0$' do lado dele. \msk c) Faça o mesmo para os pontos $P(1)$ (`$t=1$') e $Q(0)$ e $Q(1)$ (`$u=0$' e `$u=1$'). \msk d) Seja $r$ o traço de $P(t)$ e $s$ o traço de $Q(u)$. Seja $X$ o ponto de interseção de $r$ e $s$. Quais são as coordenadas de $X$? \msk e) Cada ponto de $r$ está ``associado'' a um valor de $t$ e cada ponto de $s$ a um valor de $u$. Quais são os valores de $t$ e $u$ associados ao ponto $X$? Chame-os de $t_0$ e $u_0$ e indique-os no seu gráfico -- por exemplo, se $t_0=99$ e $u_0=200$ você vai escrever `$t=99$' e `$u=200$' do lado do ponto $X$. Note que ``$t_0=99$'' e ``$t_{99}$'' são coisas totalmente diferentes! \msk {\bf Dica:} \Ca{MpgP17} % Faça o desenho sozinho -- talvez você gaste alguns minutos pra % decifrar todas as instruções -- e depois compare o seu desenho com o % dos seus colegas. }\anothercol{ Agora releia as dicas 1, 2 e 7 daqui: \Ca{2gT4} ``Releia a dica 7'' e entenda a notação de ``set comprehensions'' daqui: \Ca{MpgP8} ``Set comprehensions'' \bsk Se você aprender a definir os seus objetos em linguagem matemática você vai conseguir aprender (e fazer!) muitas coisas do curso \standout{MUITO} mais rápido, e vai ter muito mais facilidade pra escrever elas de um jeito legível. Então: \bsk \bsk {\bf Exercício 5 (cont.)} \ssk f) No item (d) a gente definiu $r$, $s$ e $X$ usando muitas palavras em português. Dá pra definir $r$, $s$ e $X$ com bem menos português se a gente usar a notação de ``set comprehensions''. Aprenda a usar essa notação e complete as lacunas abaixo: % \begin{quote} Sejam: % $$\begin{array}{rcl} P(t) &=& (4,0) + t\VEC{0,1}, \\ Q(u) &=& (0,3) + u\VEC{2,0}. \\ r &=& \setofst{\_\_\_}{\_\_\_}, \\ s &=& \setofst{\_\_\_}{\_\_\_}, \\ X &=& r∩s \\ \end{array} $$ \end{quote} }} \newpage % «exercicio-6» (to ".exercicio-6") % (c3m242trajp 17 "exercicio-6") % (c3m242traja "exercicio-6") % (c3m211vtp 3 "exercicio-2") % (c3m211vta "exercicio-2") % (c3m202vtp 5 "exercicio-2") % (c3m202vt "exercicio-2") {\bf Um círculo} \scalebox{0.6}{\def\colwidth{9cm}\firstcol{ Seja: % $$P(t) = (\cos t, \sen t).$$ {\bf Exercício 6.} Represente num gráfico só: \ssk a) o traço de $P(t)$, \msk b) $P(\frac{π}{2}) + P'(\frac{π}{2})$, escrevendo `$P(\frac{π}{2})$' ao lado do ponto e `$P'(\frac{π}{2})$' ao lado da seta, \msk c) Idem para estes outros valores de $t$: $0, \frac14π, \frac34π, π$. \msk d) Seja $Q(u) = P(π) + uP'(π)$. Desenhe o traço de $Q(u)$ e anote `$Q(0)$' e `$Q(1)$' nos pontos adequados. \msk e) O traço de $Q(u)$ é uma reta tangente ao traço de $P(t)$ no ponto $P(π)$? Encontre no livro ou no resto da internet uma definição formal de reta tangente e descubra se isto é verdade ou não. }\anothercol{ }} \newpage % «adivinhar-trajetorias» (to ".adivinhar-trajetorias") % (c3m242trajp 18 "adivinhar-trajetorias") % (c3m242traja "adivinhar-trajetorias") % (c3m232trp 9 "adivinhar-trajetorias") % (c3m232tra "adivinhar-trajetorias") % (c3m211vtp 6 "sobre-adivinhar-trajetorias") % (c3m211vta "sobre-adivinhar-trajetorias") {\bf Sobre ``adivinhar trajetórias''} \scalebox{0.6}{\def\colwidth{9cm}\firstcol{ Nos próximos dois exercícios nós vamos {\sl começar} a fazer uma coisa que vai ser muito comum aqui nesse curso de Cálculo 3, e que geralmente é inadmissível nos cursos de Cálculo 1: nós vamos tentar ``advinhar'' como certas trajetórias são a partir de umas poucas informações sobre elas. \msk Esse ``adivinhar'' na verdade é ``fazer hipóteses razoáveis'', e às vezes a gente precisa de mais informações pra descobrir qual hipótese é mais razoável. Na figura do próximo slide eu desenhei à esquerda $P(t)+P'(t)$ para a trajetória de um personagem de videogame em $t=0,1,3,4$, mas existem muitas trajetórias que se passam por esses pontos com essas velocidades. Na primeira figura à direita eu desenhei uma trajetória de uma nave no espaço; na segunda eu desenhei a trajetória de um personagem de um videogame do meu tempo --- naquela época nada nos videogames obedecia as leis da Física, e nos meus jogos preferidos o meu personagem era um quadradinho --- e na terceira o personagem é atingido por um raio em $t=1.05$ e ele adquire superpoderes. \bsk }\anothercol{ \vspace*{2cm} % (find-latexscan-links "C3" "20210618_trajetorias") % (find-xpdf-page "~/LATEX/2021-1-C3/20210618_trajetorias.pdf") \includegraphics[height=5cm]{2021-1-C3/20210618_trajetorias.pdf} }} \newpage % «lissajous» (to ".lissajous") % (c3m242trajp 19 "lissajous") % (c3m242traja "lissajous") % (c3m232trp 8 "lissajous") % (c3m232tra "lissajous") % (c3m211vtp 8 "exercicio-3") % (c3m211vta "exercicio-3") % (c3m202vtp 6 "exercicio-3") % (c3m202vt "exercicio-3") {\bf Lissajous} % (setq eepitch-preprocess-regexp "^") % (setq eepitch-preprocess-regexp "^%T ?") % %T * (eepitch-maxima) %T * (eepitch-kill) %T * (eepitch-maxima) %T load_qdraw(); %T x(t) := cos( t); %T y(t) := sin(2*t); %T qdraw(para(x(t),y(t), t, 0,2*%pi)); %T x(t) := cos(2*t); %T y(t) := sin( t); %T qdraw(para(x(t),y(t), t, 0,2*%pi)); \scalebox{0.55}{\def\colwidth{9.5cm}\firstcol{ Os exercícios desta página vão dar curvas de Lissajous, como as daqui: {\footnotesize \url{https://en.wikipedia.org/wiki/Lissajous_curve} } \msk % «exercicio-7» (to ".exercicio-7") % (c3m242trajp 19 "exercicio-7") % (c3m242traja "exercicio-7") {\bf Exercício 7} Seja $P(t) = (\cos t, \sen \ColorRed{2}t)$. Represente graficamente $P(t)+P'(t)$ para os seguintes valores de $t$: $0, \frac14π, \frac24π, \frac34π, \ldots, 2π$. Faça as anotações adequadas nos seu pontos e vetores pra lembrar qual é o $t$ associado a cada um. \msk \ColorRed{Tente} usar as informações deste gráfico pra desenhar o traço de $P(t)$. Isto não é nada óbvio -- se inspire nas figuras das páginas 208 e 209 do capítulo 6 do Bortolossi e tente conseguir uma hipótese razoável. \msk Você pode pensar que $P(t)$ é a posição do Super Mario Kart no instante $t$ e $P'(t)$ é o {\sl vetor velocidade} dele no instante $t$ (lembre que um vetor tem ``direção'', ``orientação'' e ``módulo''!)... você só sabe a posição e a velocidade dele em alguns instantes, isto é, em alguns valores de $t$, e você vai ter que encontrar uma aproximação razoável, olhométrica, pra pista onde ele está correndo. }\anothercol{ % «exercicio-8» (to ".exercicio-8") % (c3m242trajp 19 "exercicio-8") % (c3m242traja "exercicio-8") {\bf Exercício 8} Seja $P(t) = (\cos \ColorRed{2}t, \sen t)$. Represente graficamente $P(t)+P'(t)$ para os seguintes valores de $t$: $0, \frac14π, \frac24π, \frac34π, \ldots, 2π$. Faça as anotações adequadas nos seu pontos e vetores pra lembrar qual é o $t$ associado a cada um. \msk \ColorRed{Tente} usar as informações deste gráfico pra desenhar o traço de $P(t)$. Isto não é nada óbvio -- se inspire nas figuras das páginas 208 e 209 do capítulo 6 do Bortolossi e tente conseguir uma hipótese razoável. \bsk Links: \par \Ca{Bort6p22} Bortolossi, cap.6, p.208 \par \Ca{Bort6p23} Bortolossi, cap.6, p.209 }} \newpage % (c3m211vtp 9 "exercicio-4") % (c3m211vta "exercicio-4") % (c3m201vtp 8 "exercicio-4") % (c3m201vt "exercicio-4") \newpage % «orbita» (to ".orbita") % (c3m242trajp 20 "orbita") % (c3m242traja "orbita") % (c3m241trajp 20 "orbita") % (c3m241traja "orbita") % (c3m232trp 9 "orbita") % (c3m232tra "orbita") % (c3m222introp 8 "orbita") % (c3m222introa "orbita") {\bf Órbita} \scalebox{0.6}{\def\colwidth{9cm}\firstcol{ Este exercício vai dar uma figura que é a órbita de uma lua. O resultado vai ser algo como a figura da última página daqui, \ssk {\footnotesize % (c3m221orbitap 2 "links") % (c3m221orbitaa "links") % http://anggtwu.net/LATEX/2022-1-C3-orbita.pdf \url{http://anggtwu.net/LATEX/2022-1-C3-orbita.pdf} } \ssk mas olhe pra essa figura durante só uns poucos segundos. \msk Neste exercício você vai tentar redescobrir essa figura sozinho, e você vai tentar descobrir como desenhar uma aproximação bem razoável pra ela só somando uns vetores no olhômetro e sem fazer nenhuma conta complicada --- por exemplo, você vai evitar usar uma aproximação numérica pra $(\cos(\frac{1}{12}·2π), \sen(\frac{1}{12}·2π))$; ao invés disso você vai usar a representação gráfica deste ponto no $\R^2$. }\anothercol{ Seja $h = \frac{1}{12}·2π$. Esse $h$ vai ser uma ``hora''. Vou explicar isso no quadro. Sejam: % $$\begin{array}{rcl} P(t) &=& (\cos t, \sen t), \\ Q(t) &=& (\cos 4t, \sen 4t), \\ R(t) &=& \frac{1}{2}(\cos 4t, \sen 4t) = (\frac{1}{2}\cos 4t, \frac{1}{2}\sen 4t), \\ S(t) &=& P(t) + R(t). \\ \end{array} $$ \ssk % «exercicio-9» (to ".exercicio-9") % (c3m242trajp 20 "exercicio-9") % (c3m242traja "exercicio-9") {\bf Exercício 9.} Represente graficamente: \ssk a) $P(t)$ para $t=0h, 1h, 2h, \ldots, 12h$. b) $P(t) + P'(t)$ para $t=0h, 1h, 2h, \ldots, 12h$. \ssk c) $Q(t)$ para $t=0h, 1h, 2h, \ldots, 12h$. d) $Q(t) + Q'(t)$ para $t=0h, 1h, 2h, \ldots, 12h$. \ssk e) $R(t)$ para $t=0h, 1h, 2h, \ldots, 12h$. f) $R(t) + R'(t)$ para $t=0h, 1h, 2h, \ldots, 12h$. \ssk g) $S(t)$ para $t=0h, 1h, 2h, \ldots, 12h$. h) $S(t) + S'(t)$ para $t=0h, 1h, 2h, \ldots, 12h$. \bsk (Continua...) }} \newpage % «orbita-2» (to ".orbita-2") % (c3m242trajp 21 "orbita-2") % (c3m242traja "orbita-2") % (c3m222introp 8 "orbita-2") % (c3m222introa "orbita-2") % (c3m222introp 9 "orbita-3") % (c3m222introa "orbita-3") % (find-es "maxima" "plot2d-parametric") % (find-books "__analysis/__analysis.el" "leithold") % (find-books "__analysis/__analysis.el" "leithold" "Limaçon") {\bf Órbita (cont.)} \scalebox{0.6}{\def\colwidth{9cm}\firstcol{ Nos itens a até f você deve ter obtido pontos sobre círculos e vetores tangentes aos círculos apoiados nestes pontos. Nos itens g e h você deve ter obtido algo bem mais complicado: pontos e vetores apoiados nestes pontos, mas você ainda não sabe direito sobre que curva eles estão. Reveja o trecho entre 6:34 e 9:00 do vídeo da Freya Holmér. A trajetória que ela analisa é bem ``suave'', no sentido de que ela não bicos ou teleportes, e a derivada da aceleração dela é constante. No item h você obteve alguns pontos e vetores velocidade {\sl de uma trajetória que você não sabe direito qual é}... você só tem uma lembrança vaga do ``traço'' dessa trajetória, porque você viu a figura-spoiler durante uns poucos segundos. }\anothercol{ i) Desenhe uma trajetória bem suave que nos instantes $t=0h$, $1h$, $\ldots$, $12h$ passe pelos pontos que você obteve no item g. Aqui você vai conseguir uma aproximação bem tosca pro ``traço'' da trajetória $S(t)$. \msk j) Desenhe uma trajetória bem suave que nos instantes $t=0h$, $1h$, $\ldots$, $12h$ passe pelos pontos que você obteve no item h, e que naqueles instantes tenha exatamente os vetores velocidade que você também desenhou no item h. Aqui você provavelmente vai conseguir uma aproximação bastante boa pro ``traço'' da trajetória $S(t)$. \msk k) Refaça o desenho do item j pra ele ficar mais caprichado e simétrico e tal. Quando você achar que conseguiu fazer uma versão caprichada boa olhe de novo a figura-spoiler e compare o seu desenho com ela. }} \newpage % «bico-e-teleporte» (to ".bico-e-teleporte") % (c3m242trajp 22 "bico-e-teleporte") % (c3m242traja "bico-e-teleporte") % (c3m241trajp 22 "bico-e-teleporte") % (c3m241traja "bico-e-teleporte") % (c3m232trp 7 "bico-e-teleporte") % (c3m232tra "bico-e-teleporte") % (c3m222introp 5 "exercicios-1-e-2") % (c3m222introa "exercicios-1-e-2") {\bf Bico e teleporte} \scalebox{0.6}{\def\colwidth{9cm}\firstcol{ {\bf Exercício 10: uma trajetória com um bico} Dê uma olhada no item 1e daqui: \ssk % 3eT66 (c3m221vsp 2 "questao-1") % (c3m221vsa "questao-1") % 3eT70 (c3m221vsbp 2 "questao-1") % (c3m221vsba "questao-1") \Ca{3eT70} VS extra de 2022.1 - questão 1 %{\footnotesize % %% http://anggtwu.net/LATEX/2022-1-C3-VS.pdf#page=2 %\url{http://anggtwu.net/LATEX/2022-1-C3-VS.pdf\#page=2} % %} \ssk Faça o que essa questão pede e represente graficamente $Q(t)+Q'(t)$ pra um monte de outros valores de $t$ também --- até você entender como essa trajetória se comporta. {\sl Dica:} ela é um movimento retilíneo uniforme até um determinado instante, aí ela muda de vetor velocidade subitamente e vira um outro movimento retilíneo uniforme. \msk {\bf Exercício 11: um trajetória com teleporte} Represente graficamente a trajetória abaixo. Ela é parecida com a anterior, mas nessa tem um momento em que a partícula desaparece do ponto em que em estava e se teleporta pra outro lugar. % $$\scalebox{0.9}{$ R(t) \;=\; \begin{cases} (t,4) & \text{quando $t≤6$}, \\ (5,11-t) & \text{quando $6<t$}. \\ \end{cases} $} $$ }\anothercol{ % (c3m222introp 6 "exs-1-e-2-dicas") % (c3m222introa "exs-1-e-2-dicas") {\bf Dicas pro exercícios 10 e 11} Este vídeo aqui tem algumas figuras sobre como desenhar trajetórias: \ssk {\footnotesize % (c3m202introa "video-1") % (find-extra-file-links "$S/http/anggtwu.net/eev-videos/2020.2-C3-intro.mp4" "c3intro") % (code-video "c3introvideo" "$S/http/anggtwu.net/eev-videos/2020.2-C3-intro.mp4") % (find-c3introvideo "0:00") \url{http://www.youtube.com/watch?v=3yWLubqHsic} \url{http://anggtwu.net/eev-videos/2020.2-C3-intro.mp4} } \bsk % (c3m222introp 6 "VT") % (c3m222introa "VT") % (c3m211vtp 3 "exercicio-1") % (c3m211vta "exercicio-1") % (c3m211vtp 5 "exercicio-2") % (c3m211vta "exercicio-2") Quase todo mundo achou muito difícil desenhar a trajetória do exercício 11 --- se a gente calcula $R(t)$ só pra valores inteiros de $t$ a gente não consegue descobrir como a $R(t)$ se comporta entre $t=6$ e $t=7$... \ssk Um jeito de resolver isso é calcular $R(t)$ para $t=6.1$, $t=6.2$, $\ldots$, $t=6.9$, desenhar esses pontos no gráfico, e aí tentar descobrir qual é o comportamento da $R(t)$ pra todos os valores em $[6,7]$. \ssk Um outro jeito é considerar que $R(t)=(x(t),y(t))$ e tentar entender as funções $x(t)$ e $y(t)$, que são funções de $\R$ em $\R$. }} \newpage % (c3m222introp 10 "orbita-4") % (c3m222introa "orbita-4") \GenericWarning{Success:}{Success!!!} % Used by `M-x cv' \end{document} % (find-pdfpages2-links "~/LATEX/" "2024-2-C3-trajetorias") % Local Variables: % coding: utf-8-unix % ee-tla: "c3tr" % ee-tla: "c3m242traj" % End: