$\require{enclose}$ $\newcommand{\avsum}{\mathrel{\displaystyle\int \!\!\!\!\!\! \Delta\ }}$ $\newcommand{\bcancelto}[2]{{\enclose{southeastarrow}{#2}\,}_{\lower.75ex{#1}}}$ $\newcommand{\ordcirc}[1]{\mathrel{[\hspace{-4pt} \circ \hspace{2pt}#1 \hspace{3pt}]\hspace{-4pt}\circ}}$ $\newcommand{\avigual}{\{=\}}$ $\newcommand{\intsup}{{\LARGE \big\uparrow}\displaystyle\int}$ $\newcommand{\intinf}{{\LARGE \big\downarrow}\displaystyle\int}$
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sábado, 25 de janeiro de 2020

Integral de $\sec^3 x$.

Por se tratar de uma integral que aparece muitas vezes, quase classificada como "notável", principalmente após substituições trigonométricas, é bom já a ter previamente calculada em mente, é o que vamos fazer.

$\int \sec^3 x\ dx\ =\ \int (\sec^2 x)(\sec x)\ dx\ =$

$=\ (\sec x)(\tan x)\ -\ \int (\tan^2 x)(\sec x)\ dx\ =$

$=\ (\sec x)(\tan x)\ -\ \int (\sec^2 x\ -\ 1)(\sec x)\ dx\ =$

$=\ (\sec x)(\tan x)\ -\ \int \sec^3 x\ dx\ +\ \int \sec x\ dx$

Logo $\fbox{$\int \sec^3 x\ dx\ =\ \dfrac{(\sec x)(\tan x)\ +\ \ln |\sec x\ +\ \tan x|}{2}\ +\ C$}$.

Demonstração do teorema de Pitágoras.

Seja $\Delta ABC$ um triângulo retângulo em $A$:


$m(\overline{BC}) = a$
$m(\overline{AC}) = b$
$m(\overline{AB}) = c$
$m(\overline{AD}) = h$
$m(\overline{DB}) = n$
$m(\overline{DC}) = m$

Pelo caso AA, $\Delta ABC \sim \Delta DAC \sim \Delta DBA \Rightarrow$

$\Rightarrow \dfrac{a}{c} = \dfrac{b}{h} = \dfrac{c}{n} \wedge \dfrac{a}{b} = \dfrac{b}{m} = \dfrac{c}{h} \Rightarrow$

$\Rightarrow ah = bc \wedge an = c^2\text{ (I) } \wedge bn = hc \wedge am = b^2\text{ (II) } \wedge bh = cm$

Somando (I) e (II): $a(m + n) = b^2 + c^2 \Rightarrow \fbox{$a^2 = b^2 + c^2$}$

sexta-feira, 24 de janeiro de 2020

Exercício: estimativa de erro de uma série convergente.

Obtenha uma estimativa do erro (ou resto) $R_n$ para a enésima soma parcial $S_n$ da série convergente $\sum_{n=1}^\infty \dfrac{1}{n^{1,1}}$ com relação à soma total $S$.

Resolução:

Não sabemos e não vamos deduzir aqui a expressão para $S_n$, no entanto, mesmo não conhecendo a fórmula, podemos estimar o erro para um dado $n$.

Observemos que se trata de uma p-série, em que $p = 1,1 > 1$, logo converge.

Como os termos são não negativos e decrescentes, podemos estimar o erro $R_n$ através da desigualdade:

$\int_{n+1}^{+\infty} \dfrac{1}{x^{1,1}}\ dx\ \le\ R_n\ \le\ \int_n^{+\infty} \dfrac{1}{x^{1,1}}\ dx$

Logo $\fbox{$\dfrac{10}{(n + 1)^{0,1}} \le R_n \le \dfrac{10}{n^{0,1}}$}$.

Exemplo: para $n = 1000000$, com auxílio de um software ou calculadora, obtemos $S_{1000000} \approx 8,07$ com a margem de erro $\dfrac{10}{1000000^{0,1}} \approx 2,51$ com relação à soma total.

quinta-feira, 23 de janeiro de 2020

Exercício: mostre que a série $\sum_{n=1}^\infty \dfrac{1}{n!}$ é convergente.

Mostre que a série $\sum_{n=1}^\infty \dfrac{1}{n!}$ é convergente.

Resolução:

Observemos que, para $n > 1$, $\dfrac{1}{n!} \le \dfrac{1}{n(n - 1)}$, tendo ambas as séries termos não negativos, assim podemos usar o teste da comparação:

Se $\sum_{n = 2}^\infty \dfrac{1}{n(n - 1)}$ converge, $\sum_{n=1}^\infty \dfrac{1}{n!}$ também converge.

$\sum_{n = 2}^\infty \dfrac{1}{n(n - 1)}$ tendo termos não negativos e não crescentes, podemos usar o teste da integral:

$\int_2^{+\infty} \dfrac{dx}{x^2 - x} = \int_2^{+\infty} \dfrac{dx}{(x - \dfrac{1}{2})^2 - \dfrac{1}{4}}\ =\ 2\int_2^{+\infty} \dfrac{2dx}{(2x - 1)^2 - 1}$

Seja $u = 2x - 1$, $du = 2dx$:

$\int_2^{+\infty} \dfrac{2dx}{(2x - 1)^2 - 1} = \int_{3}^{+\infty} \dfrac{du}{u^2 - 1}$

Seja $u = \sec \theta$, $\theta \in [0, \dfrac{\pi}{2}[$, $du = (\sec \theta)(\tan \theta) d\theta$:

$\int_{3}^{+\infty} \dfrac{du}{u^2 - 1}\ =\ \int_{\arccos \dfrac{1}{3}}^{\dfrac{\pi}{2}} \csc \theta\ d\theta\ =\ \ln |\csc \theta - \cot \theta||_{\arccos \dfrac{1}{3}}^{\dfrac{\pi}{2}}\ =$

$=\ I,\ I \in \mathbb{R}$

Como a integral imprópria converge, $\sum_{n = 2}^\infty \dfrac{1}{n(n - 1)}$ converge, assim $\sum_{n=1}^\infty \dfrac{1}{n!}$ também converge.

segunda-feira, 20 de janeiro de 2020

Exercício: área da espiral de Arquimedes.

Determine a área delimitada pelo eixo polar e pela espiral de Arquimedes, $r = \theta$, para $0 \le \theta \le 2\pi$.

Resolução:




$A\ =\ \dfrac{1}{2}\int_0^{2\pi} \theta^2\ d\theta\ =\ \dfrac{\theta^3}{6}|_0^{2\pi}\ = \fbox{$\dfrac{4\pi^3}{3}$}$

sábado, 18 de janeiro de 2020

Exercício: área do elipsoide de rotação.

Encontre a área do elipsoide obtido pela rotação ao redor do eixo $x$ da elipse $2x^2 + y^2 = 1$.

Resolução:



$y = \sqrt{1 - 2x^2}$, $y' = -\dfrac{x}{\sqrt{1 - 2x^2}}$

$A\ =\ 2\pi \int_{-1/\sqrt{2}}^{1/\sqrt{2}} \sqrt{1 - 2x^2}\sqrt{1 + \dfrac{x^2}{1 - 2x^2}}\ dx\ =$

$=\ 2\pi \int_{-1/\sqrt{2}}^{1/\sqrt{2}} \sqrt{1 - x^2}\ dx$

Seja $x = \sin \theta$, $\theta \in [-\dfrac{\pi}{2}, \dfrac{\pi}{2}]$, $dx = \cos \theta\ d\theta$.

$A\ =\ \pi \int_{-\pi / 4}^{\pi / 4} \cos 2\theta\ +\ 1\ d\theta\ =\ \pi(\dfrac{\sin 2\theta}{2} + \theta)|_{-\pi / 4}^{\pi / 4} = \fbox{$\pi(1 + \dfrac{\pi}{2})$}$

sexta-feira, 17 de janeiro de 2020

Meme: eu aprendendo a integrar.


Meme: exatas quando erra: o prédio cai.


Meme: o superpoder de fazer um pouco todos os dias.


Meme: aconteça o que acontecer, continue estudando.


Meme: não sei, estou de férias.


Meme: amanhã tem mais PDF.


Meme: antes de Cálculo e depois.


Exercício: área da superfície de revolução.

Encontre a área da superfície de revolução gerada pela rotação ao redor do eixo $x$ do gráfico da função $f(x) = e^{-x}$ para $x \ge 0$.

Resolução:

$f(x) = e^{-x}$, $f'(x) = -e^{-x}$

$A\ =\ 2\pi\int_0^{+\infty}e^{-x}\sqrt{1 + e^{-2x}}\ dx$

Seja $u = e^{-x}$, $du = -e^{-x} dx$.

$A\ =\ -2\pi\int_1^0 \sqrt{1 + u^2}\ du$

Seja $u = \tan \theta$, $du = \sec^2 \theta\ d\theta$.

$A\ =\ -2\pi\int_{\pi/4}^0 \sec^3 \theta\ d\theta\ = \fbox{$\pi[\ln(\sqrt{2} + 1) + \sqrt{2}]$}$

segunda-feira, 13 de janeiro de 2020

Exercício: resolver equação diferencial ordinária.

Resolver a EDO:

$x + e^{-x}yy' = 0$, com $y(0) = 1$

Resolução:

$yy' = -xe^x$

$\int_0^x y(x)y'(x)\ dx\ =\ -\int_0^x xe^x\ dx$

Seja $u = y(x)$, $du = y'(x)dx$.

$\int_1^{y(x)} u\ du\ = -xe^x + e^x$

$\fbox{$\dfrac{y^2}{2} - \dfrac{1}{2} = e^x(1 - x)$}$

segunda-feira, 9 de dezembro de 2019

Calculadora: transcrição e tradução do DNA.

Entre com o trecho do DNA a transcrever e traduzir:

Exemplo:

Input: "TCAAAGTTT".
Output: "Serina-fenilalanina-lisina.".




Cadeia polipeptídica resultante:


quarta-feira, 13 de novembro de 2019

Calculadora: expressão de funções.

Entre com a expressão a ser calculada:

Exemplo:

Input: "(2 + sqrt(4)) * 3".
Output: aproximadamente "12".




Resultado:


terça-feira, 12 de novembro de 2019

Calculadora: aproximação por Taylor.

Entre com os argumentos, separados por vírgula ",", primeiro: string que representa a função; segundo: ponto no qual aplicar a função:

Exemplo:

Input: "sqrt, 3".
Output: aproximadamente "1.73".




Aproximação por Taylor:


sexta-feira, 1 de novembro de 2019

Calculadora: derivada de um polinômio.

Entre com, separados por vírgula ",": primeiramente o polinômio, depois cada uma das variáveis com relação às quais vai haver a derivação, e, seguindo a variável, após dois pontos ":", quantas vezes irá haver a derivação.:

Exemplo:

Input: "3xxxy + 2xxyy + z, x : 2, y : 1".
Output: "18x + 8y".




Derivada:

sábado, 28 de setembro de 2019

Calculadora: valor numérico de um polinômio.

Separados por vírgula ",", entre primeiramente com o polinômio, depois os valores a serem atribuídos às variáveis: a variável, depois o caractere "=", e depois o valor real:

Exemplo:

Input: "3xyz + xx - 1, x = 4, y = 5".

Output: "60z + 15".




Valor numérico do polinômio:

quinta-feira, 26 de setembro de 2019

Calculadora: divisão de polinômios de uma variável.

Entre com uma string contendo os polinômios de coeficientes reais dividendo e divisor separados por vírgula ",", com o divisor não nulo:

Exemplo:

Input: "2xx - 3x + 5, x - 1".

Output:

Quociente: 2x - 1

Resto: 4




Divisão:

quarta-feira, 25 de setembro de 2019

Calculadora: multiplicação de polinômios.

Entre com uma string contendo polinômios de coeficientes reais separados por vírgula "," a serem multiplicados:

Exemplo:

Input: "2x + 3y, 4 + z". Output: "2xz + 3yz + 8x + 12y".




Polinômio produto:

Calculadora: soma de polinômios.

Entre com uma string contendo polinômios de coeficientes reais separados por vírgula "," a serem somados:

Exemplo:

Input: "2x - 3y + 5xx, 2y, -xx + 7x". Output: "4xx + 9x - y".




Polinômio soma:

terça-feira, 24 de setembro de 2019

Calculadora: reduzir termos semelhantes.

Entre com uma string contendo um polinômio de coeficientes reais a ter seus termos reduzidos:

Exemplo:

Input: "2x - 3y + 5.5xx - y + 10xx". Output: "15.5xx + 2x - 4y".




Polinômio reduzido:

segunda-feira, 23 de setembro de 2019

Calculadora: conversão para algarismos romanos.

Entre com um número natural positivo a converter em algarismos romanos:

Exemplo:

Input: "24". Output: $XXIV$.




Número em algarismos romanos:

quinta-feira, 19 de setembro de 2019

Calculadora: nome de um número.

Entre com uma string contendo um número natural:

Exemplo:

Input: "228". Output: "Duzentos e vinte e oito.".




Nome do número:


terça-feira, 17 de setembro de 2019

Exercício: encontrar raízes de uma equação polinomial dadas algumas.

Sabe-se que a equação $x^4 - 6x^3 + 15x^2 - 18x + 10 = 0$ admite as raízes complexas $1 - i$ e $2 + i$. Quais as demais raízes dessa equação?

Resolução:

Seja $P(x) \equiv x^4 - 6x^3 + 15x^2 - 18x + 10$.

Dividindo $P(x)$ por $x - (1 - i)$, e, em seguida, por $x - (2 + i)$, utilizando Briot-Ruffini:

$\begin{array}{c|c c c c c}1 - i & 1 & -6 & 15 & -18 & 10\\ 2 + i& 1 & -5 - i & 9 + 4i & -5 - 5i & 0\\ & 1 & -3 & 3 + i & 0 &\end{array}$

Logo as raízes procuradas serão as raízes de $x^2 - 3x + (3 + i)$.

$\Delta = 9 - 12 - 4i = -3 - 4i$

Para extrair as raízes quadradas de $-3 - 4i$ vamos o por em sua forma trigonométrica:

$5(\cos \arccos -\dfrac{3}{5} + i \cdot \sin \arcsin -\dfrac{4}{5})$

Seja $\theta$ o argumento de uma das raízes quadradas, a de menor argumento, (observemos que, se $2\theta$ pertence ao terceiro quadrante (seno negativo e cosseno negativo), $\theta$ será um arco do segundo quadrante):

$-\dfrac{3}{5} = 2\cos^2 \theta - 1\ \Rightarrow\ \cos \theta = -\dfrac{\sqrt{5}}{5}$

$\sin \theta = \sqrt{1 - (-\dfrac{\sqrt{5}}{5})^2} = \dfrac{2\sqrt{5}}{5}$

Chamando de $R_1$ e $R_2$ as raízes quadradas de $-3 - 4i$, teremos:

$R_1 = \sqrt{5}(-\dfrac{\sqrt{5}}{5} + i \cdot \dfrac{2\sqrt{5}}{5}) = -1 + 2i$

$R_2 = 1 - 2i$

Continuando a resolução de $x^2 - 3x + (3 + i) = 0$:

$x' = \dfrac{3 - 1 + 2i}{2} = 1 + i$

$x'' = \dfrac{3 + 1 - 2i}{2} = 2 - i$

Logo as raízes procuradas são $\fbox{$1 + i$}$ e $\fbox{$2 - i$}$.

quarta-feira, 4 de setembro de 2019

Calculadora: matriz inversa.

Entre com uma string matriz de números reais onde as linhas são separadas por ponto e vírgula ";" e as colunas são separadas por vírgula ",":

Exemplo:

Input: "1, 2; 3, 4".

Output:

"
-2 1
3/2 -1/2

"




Matriz inversa:

Calculadora: multiplicação de matrizes.

Entre com uma string contendo as duas matrizes de números reais separadas pelo caractere "x"; as linhas são separadas por ponto e vírgula ";", as colunas são separadas por vírgula ",":

Exemplo:

Input: "1, 2; 3, 4 x 2, 3; 4, 5".

Output:

"
10 13
22 29

"




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