somasderieman
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| Nas paginas anteriores consideramos alguns exemplos onde conseguimos verificar limites superiores e inferiores para área abaixo do gráfico de algumas funções (positivas). | Nas paginas anteriores consideramos alguns exemplos onde conseguimos verificar limites superiores e inferiores para área abaixo do gráfico de algumas funções (positivas). | ||
| - | <color # | + | ====== |
| Dada uma função $ f: [a,b] \rightarrow \mathbb{R} $ (em geral nem precisa ser contínua) vamos seguir a ideia de estimar área abaixo do gráfico por soma das áreas de retângulos. Considere uma partição (um mesh, ou discretização em linguagem comptacional) do intervalo $ [a, b] $ por $ n+1 $ pontos $ x_0=a < x_1 < \cdots < x_n=b $ em cada intervalo $ [x_{i-1}, x_i] $ escolhemos um ponto arbitrário $ x_i^{*} \in [x_{i-1}, x_i] $ e consideramos a seguinte soma de Riemann: | Dada uma função $ f: [a,b] \rightarrow \mathbb{R} $ (em geral nem precisa ser contínua) vamos seguir a ideia de estimar área abaixo do gráfico por soma das áreas de retângulos. Considere uma partição (um mesh, ou discretização em linguagem comptacional) do intervalo $ [a, b] $ por $ n+1 $ pontos $ x_0=a < x_1 < \cdots < x_n=b $ em cada intervalo $ [x_{i-1}, x_i] $ escolhemos um ponto arbitrário $ x_i^{*} \in [x_{i-1}, x_i] $ e consideramos a seguinte soma de Riemann: | ||
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| Agora vamos falar sério! Vamos ver porque tanto gostamos das funções contínuas: | Agora vamos falar sério! Vamos ver porque tanto gostamos das funções contínuas: | ||
| - | Teorema: Seja $ f: [a,b] \rightarrow \mathbb{R} $ contínua, então existe um único número $ I $ tal que para qualquer $ \epsilon > 0 $ existe $ \delta > 0 $ tal que para qualquer partição com mesh menor do que $ \delta $ para qualquer escolha de $ x_i^*$ temos | + | **Teorema:** Seja $ f: [a,b] \rightarrow \mathbb{R} $ contínua, então existe um único número $ I $ tal que para qualquer $ \epsilon > 0 $ existe $ \delta > 0 $ tal que para qualquer partição com mesh menor do que $ \delta $ para qualquer escolha de $ x_i^*$ temos |
| $ |\sum_{i=1}^{n} (x_i -x_{i-1}) f(x_i^*) - I| \leq \epsilon $ | $ |\sum_{i=1}^{n} (x_i -x_{i-1}) f(x_i^*) - I| \leq \epsilon $ | ||
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| e este número $ I $ é denotado por $ \int_{a}^{b} f$ | e este número $ I $ é denotado por $ \int_{a}^{b} f$ | ||
| - | Exemplo 0: Considere a função constante $ f$ tal que $latex f(x)=c $ no intervalo $ [a,b]. $ Vamos mostrar que $ \int_{a}^{b} f = c(b-a). $ | + | **Exemplo 0:** Considere a função constante $ f$ tal que $f(x)=c $ no intervalo $ [a,b]. $ Vamos mostrar que $ \int_{a}^{b} f = c(b-a). $ |
| Considerando qualquer partição, a soma de Riemann vai ser o mesmo valor! Por efeito, | Considerando qualquer partição, a soma de Riemann vai ser o mesmo valor! Por efeito, | ||
| Line 43: | Line 43: | ||
| Como mencionamos acima, se $ f$ for uma função contínua, então a integral desta função num intervalo $ [a,b]$ é bem definida e é um número real. Porém, para ter integral, nõa precisamos de continuidade. Ou seja, as vezes temos sorte e as somas de Riemann convergem a um valor fixo que será chamado de integral da função. Porém nem toda função tem integral. | Como mencionamos acima, se $ f$ for uma função contínua, então a integral desta função num intervalo $ [a,b]$ é bem definida e é um número real. Porém, para ter integral, nõa precisamos de continuidade. Ou seja, as vezes temos sorte e as somas de Riemann convergem a um valor fixo que será chamado de integral da função. Porém nem toda função tem integral. | ||
| - | Exemplo: (Uma Função contínua por pedaços) | + | **Exemplo:** (Uma Função contínua por pedaços) |
| Uma função $ f: [a,b] \rightarrow \mathbb{R} $ é contínua por pedaços, se existir | Uma função $ f: [a,b] \rightarrow \mathbb{R} $ é contínua por pedaços, se existir | ||
| Line 65: | Line 65: | ||
| $ \sum_{i=1}^{m} (x_i - x_{i-1}) f(x_i^*) + (x_{m+1} - x_{m}) f(x_m^*) + \sum_{i=m+1}^{n} (x_i - x_{i-1}) f(x_i^*)$ | $ \sum_{i=1}^{m} (x_i - x_{i-1}) f(x_i^*) + (x_{m+1} - x_{m}) f(x_m^*) + \sum_{i=m+1}^{n} (x_i - x_{i-1}) f(x_i^*)$ | ||
| - | $latex = (x_{m+1} - x_{m}) f(x_m^*) + (2-x_{m+1}) $ | + | $= (x_{m+1} - x_{m}) f(x_m^*) + (2-x_{m+1}) $ |
| Quando o diametro da partição converge a zero, a soma de Riemann acima converge a 1. Por efeito, $ x_{m+1}- x_m \rightarrow 0, 0 \leq f(x_m) \leq 1 $ e $ x_{m+1} \rightarrow 1. $ | Quando o diametro da partição converge a zero, a soma de Riemann acima converge a 1. Por efeito, $ x_{m+1}- x_m \rightarrow 0, 0 \leq f(x_m) \leq 1 $ e $ x_{m+1} \rightarrow 1. $ | ||
| - | Observação: | + | **Observação: |
| - | *** | + | <color # |
| - | **** | + | $ f(x)=0, x \in \mathbb{Q}, f(x)=1, x \notin \mathbb{Q} $ não tem integral! |
| - | ******* | + | Ok, mesmo quando a função é contínua, para calcular integral dela num intervalo não é prático sempre calcular um limite de todas as possíveis somas de Riemann! O Teorema fundamental de Cálculo será nosso aliado. |
| - | Exercício: Mostre que a função $ f: [0,1] \rightarrow \mathbb{R} $ definida por | ||
| - | $ f(x)=0, x \in \mathbb{Q}, f(x)=1, x \notin \mathbb{Q} $ não tem integral! | + | <WRAP center round tip 60%> |
| + | ===== Teorema fundamental de cálculo ===== | ||
| - | Ok, mesmo quando a função é contínua, para calcular integral dela num intervalo não é prático sempre calcular um limite de todas as possíveis somas de Riemann! O Teorema fundamental de Cálculo será nosso aliado. | + | </ |
| - | Teorema Fundamental de Cálculo (versão 1.0): | ||
| Seja $ f : I \rightarrow \mathbb{R} $ ($ I $ é um intervalo.) uma função contínua. Fixamos um ponto $ a \in I$ e definimos | Seja $ f : I \rightarrow \mathbb{R} $ ($ I $ é um intervalo.) uma função contínua. Fixamos um ponto $ a \in I$ e definimos | ||
| Line 91: | Line 90: | ||
| Então $ F $ é diferenciável e $ F^{' | Então $ F $ é diferenciável e $ F^{' | ||
| - | Corolário Fundamental: | + | **Corolário Fundamental: |
| $ \int_{a}^{b} f = \phi(b) - \phi(a). $ | $ \int_{a}^{b} f = \phi(b) - \phi(a). $ | ||
| Line 103: | Line 102: | ||
| $ \int_{a}^{b} f(x) = \phi(b)-\phi(a). $ | $ \int_{a}^{b} f(x) = \phi(b)-\phi(a). $ | ||
| - | Comentário: | + | <color #ed1c24>Comentário: |
| O comentário acima pode ser aplicada de seguinte forma: No corolário fundamental, | O comentário acima pode ser aplicada de seguinte forma: No corolário fundamental, | ||
| $\psi(b) - \psi(a) = \phi(b)+K - (\phi(a) + K) = \phi(b) - \phi(a)$ | $\psi(b) - \psi(a) = \phi(b)+K - (\phi(a) + K) = \phi(b) - \phi(a)$ | ||
| - | |||
| - | *********** | ||
| Existe uma versão mais forte do corolário acima (sem assumir a continuidade da função dentro de integral) que é chamado de teorema fundamental de cálculo (versão 2.0): | Existe uma versão mais forte do corolário acima (sem assumir a continuidade da função dentro de integral) que é chamado de teorema fundamental de cálculo (versão 2.0): | ||
| - | Seja $ I$ um intervlo | + | Seja $ I$ um intervalo |
| $ \int_{a}^{b} F^{'} = F(b)-F(a).$ | $ \int_{a}^{b} F^{'} = F(b)-F(a).$ | ||
| - | Momento de felicidade: | + | <color # |
| Este corolário demonstra o poder do Teorema Fundamental de Cálculo. Percebemos que a partir de agora para calcular integral de uma função contínua num intervalo, basta acharmos uma primitiva para ela. | Este corolário demonstra o poder do Teorema Fundamental de Cálculo. Percebemos que a partir de agora para calcular integral de uma função contínua num intervalo, basta acharmos uma primitiva para ela. | ||
| Line 125: | Line 122: | ||
| Num certo sentido, vamos pedir o poder de álgebra: Para calcular primitiva das funções muitas vezes usamos métodos algébricos. A felicidade é incontrolável.... Até que precisemos de fato calcular primitivas e colocar mão na massa!! | Num certo sentido, vamos pedir o poder de álgebra: Para calcular primitiva das funções muitas vezes usamos métodos algébricos. A felicidade é incontrolável.... Até que precisemos de fato calcular primitivas e colocar mão na massa!! | ||
| - | Integral indefinida (veja página | + | Integral indefinida (veja página |
| Geralmente usamos a notação $ \int f $ sem determinar valores $ a, b.$ para denotar todas as primitivas da função $ f $. | Geralmente usamos a notação $ \int f $ sem determinar valores $ a, b.$ para denotar todas as primitivas da função $ f $. | ||
| - | Exemplos: | + | **Exemplos:** |
| $ \int x^n = \frac{1}{n+1} x^{n+1} + K, n \neq -1 $ e $ \int \frac{1}{x} = ln(x) + K. $ | $ \int x^n = \frac{1}{n+1} x^{n+1} + K, n \neq -1 $ e $ \int \frac{1}{x} = ln(x) + K. $ | ||
| Line 147: | Line 144: | ||
| $ \int sec^2(x) = \int 1+tg^2(x) = tg(x) + K$ | $ \int sec^2(x) = \int 1+tg^2(x) = tg(x) + K$ | ||
| - | ... | + | (nas próximas páginas aprendemos alguns métodos para achar primitivas) |
| - | ********* (nas próximas páginas aprendemos alguns métodos para achar primitivas) | + | {{: |
| - | Propriedades básicas de integral: | + | <WRAP center round tip 60%> |
| + | ===== Propriedades básicas de integral | ||
| - | Teorema valor médio para integral: Seja $ f $ uma função contínua definida em $ [a,b], $ então existe $ c \in [a,b] $ tal que | + | </ |
| + | |||
| + | **Teorema valor médio para integral:** Seja $ f $ uma função contínua definida em $ [a,b], $ então existe $ c \in [a,b] $ tal que | ||
| $ \int_{a}^{b} f(t )dt = f(c) (b-a).$ | $ \int_{a}^{b} f(t )dt = f(c) (b-a).$ | ||
| Line 173: | Line 173: | ||
| Seja $ f$ uma função contínua e positiva definida no intervlao $ [a,b], $ então existe $ c \in [a,b] $ tal que a área abaixo do gráfico coincide com área do retângulo de altura $ f(c) $ e base $ [a,b]. $ | Seja $ f$ uma função contínua e positiva definida no intervlao $ [a,b], $ então existe $ c \in [a,b] $ tal que a área abaixo do gráfico coincide com área do retângulo de altura $ f(c) $ e base $ [a,b]. $ | ||
| - | Definição: | + | {{: |
| + | |||
| + | **Definição: | ||
| Assim para quaisquer $ a, b, c \in \mathbb{R} $ temos | Assim para quaisquer $ a, b, c \in \mathbb{R} $ temos | ||
| Line 183: | Line 185: | ||
| $ \int_{a}^{b} (c_1 f_1(t) + c_2 f_2(t)) dt = c_1 \int_{a}^{b} f_1(t) + c_c \int_{a}^{b} f_2(t)dt. $ | $ \int_{a}^{b} (c_1 f_1(t) + c_2 f_2(t)) dt = c_1 \int_{a}^{b} f_1(t) + c_c \int_{a}^{b} f_2(t)dt. $ | ||
| - | Para demonstrar essa propriedade usamos aproximação da integral por somas de Riemann. | + | <color # |
somasderieman.1693142105.txt.gz · Last modified: 2023/08/27 10:15 by 127.0.0.1