CÁLCULO DIFERENCIAL
E INTEGRAL II
Primitivas
Uma função F é dita primitiva
(ou antiderivada)
Primitivas de uma função f(x) sempre estão definidas
em algum intervalo
Quando não explicitarmos o intervalo e nos referirmos a duas
primitivas da mesma função f
Então as funções são primitivas
de f no mesmo intervalo I.
ex: f(x)=x3
click to edit
Se F é uma primitiva de f em um intervalo I, então F(x)+C é uma primitiva geral
de f em I, em que C é uma constante arbitrária.
Derivando F(x)+C
(F(x)+C)’ = F’ (x)+(C)’= f(x) + 0 = f(x)
Seja F(x) uma primitiva da função f(x). Então, se C é uma constante qualquer, significa
que a função G(x)=F(x)+C também é primitiva de f(x)
Se f’(x) se anula em todos os pontos de um intervalo I, então f é constante em I;
Se F(x) e G(x) são funções primitivas de f(x) no intervalo I, então existe uma constante
C tal que G(x)-F(x)=C para todo x∈I
Integral Indefinida
O símbolo ∫ é denominado de sinal de integração
a função f a ser integrada é denominada
de integrando
a constante C é chamada de constante de integração
símbolo dx serve
para identificar a variável de integração
O processo que nos possibilita encontrar a integral indefinida é denominado de integração.
Se F(x) é uma primitiva de f(x), então a expressão F(x)+C é chamada de integral
indefinida da função f(x) e é denotada por ∫f(x)dx = F(x)+C.
∫f(x)dx = F(x)+C ↔ F ’(x) (C)’= f(x)+0=f(x)
click to edit
Flemming e Gonçalves (2006, p. 333) “o processo de integração exige muita intuição, pois conhecendo apenas a derivada de uma função nós queremos descobrir a função”. Assim, podemos nos utilizar de tabelas de integrais, chamadas de imediatas, a partir do conhecimento das derivadas das funções elementares
Integração por substituição
click to edit
È possível determinar a integral de uma determinada função, a partir da aplicação de uma das fórmulas básicas depois de ser feita uma mudança de variável (FLEMMING; GONÇALVES, 2006).
[F(g(x))]’ = F ’(g(x)).g ’(x) = f(g(x)).g ’(x)
Isto significa que F(g(x)) é uma primitiva de f(g(x)).g ’(x).
∫ f(g(x)).g ’(x) dx = F(g(x)) + C
u = g(x), du = g ’(x) dx e substituindo em (1)
f(g(x)).g’ (x) dx =∫ f(u) du = F(u)+C
Algumas funções que não possuem primitivas elementares
Integração por partes
click to edit
Cada regra de derivação tem outra correspondente de integração.
A regra de substituição para integração corresponde à regra da cadeia para a derivação.
Aquela que corresponde à regra do produto para a derivação é chamada integração por partes (STEWART, 2014)
Exemplo: ∫ x sen x dx=
Chamando u = x → du = dx e dv = sen x dx → v = ∫ sen x dx = -cos x, então:
∫ x sen x dx = x(-cos x) - ∫ (-cos x) dx
=-x cos x + sen x + C
Aproximando áreas
click to edit
No entanto, como poderíamos determinar a área que surge entre o gráfico de uma função f(x)=x2, delimitada pelo eixo dos x e por duas retas x=0 e x=1?
click to edit
Para resolver este problema que envole um contorno curvilíneo, podemos aproximar a área desejada por retângulos, cujas áreas são calculadas pelos métodos da geometria elementar.
Inicialmente, vamos dividir o intervalo [0,1] em quatro subintervalos iguais
[0,1/4], [1/4,1/2], [1/2,3/4], [3/4,1]
Na sequência, vamos construir quatro retângulos com esses subintervalos como base e com alturas dadas pelos valores da função nas extremidades dos subintervalos
depois soma as áreas do retangulos
click to edit
Isto significa que, aproximadamente, é a área da função f(x)=x2, , no intervalo [0,1] que estamos procurando.
Caso nós aumentássemos o número de retângulos, então seríamos capazes de obter uma melhor estimativa
click to edit
à medida que n foi crescendo, a soma das áreas retangulares foram cada vez mais se aproximando do que intuitivamente entendemos como a área que estávamos procurando
Outra forma de calcular é soma de Riemann da função f(x), em homenagem a Georg Friedricha e Bernhard Riemann.
Definição. Seja y = f(x) uma função contínua, não negativa em [a,b]. A área sob a curva = f(x), de a até b, é definida por:
Integral definida
a integral definida se associa ao limite do conceito que vimos na aula
anterior e “nasceu” com a formalização matemática dos problemas de se encontrar áreas
click to edit
De acordo com Thomas et al. (2012, p. 285), “a ideia por trás da integração é que podemos efetivamente calcular tais quantidades dividindo-as em pequenas partes e, em seguida, somando as contribuições de cada parte”. Assim, se no processo somatório levarmos em conta partes cada vez menores, se o número de termos tendem ao infinito e ainda, se tomarmos o limite dessas somas, o resultado será uma integral definida.
Considerando f uma função definida no intervalo [a,b], e P uma partição qualquer
de [a,b], então a integral definida de f de a até b, denotada por
click to edit
satisfazem as seguintes propriedades:
Propriedades : mudança de ordem de integração, multiplicação por uma constante, soma e diferença de integrais, aditividade no domínio ,desigualdade máximo,
Teorema do valor médio
click to edit
Teorema do valor médio. Se f é uma função contínua em [a,b], então existe um ponto c entre a e b tal que ∫a b f(x) dx = (b-a).f(c).
O teorema nos diz que se f(x) ≥ 0,⊃ x ∈ [a,b], então a área abaixo da curva y = f(x), entre a e b, é igual a área de um retângulo de base b-a e altura f(c)
Teorema Fundamental do calculo
estabelece uma relação entre o cálculo diferencial e o cálculo integral.
click to edit
os processos (derivação e integração), podemos calcular integrais a partir da primitiva da função integranda, ao invés da determinação dos limites das somas de Riemann
click to edit
Teorema Fundamental do Cálculo parte 1,
Teorema Fundamental do Cálculo parte 1,
demonstraremos a segunda parte que descreve como calcular integrais definidas, encontrando uma antiderivada do integrando nos limites de integração superior e inferior
click to edit
INTEGRAIS DEFINIDAS POR SUBSTITUIÇÃO E INTEGRAIS DE FUNÇÕES SIMÉTRICAS
click to edit
Existem dois métodos para calcular uma integral definida por substituição. Um dos métodos consiste em encontrar por substituição a integral indefinida correspondente e usar uma das
primitivas para calcular a integral definida usando o Teorema Fundamental do Cálculo
O outro método de substituição que veremos nesta aula é a alteração dos limites de
integração ao mudar a variável,
Integrais definidas de funções simétricas
A regra da substituição para integrais definidas pode ser utilizada para simplificar o cálculo
de integrais de funções simétricas
INTEGRAIS TRIGONOMÉTRICAS
Integrais de potências de seno e cosseno
Fórmulas de redução ou recorrência
Integrais de produtos de seno e cosseno
Integrais de funções envolvendo seno e cosseno de arcos
diferentes
Integração de potências de tangente e de secante
Integração de produtos de tangente e de secante
INTEGRAÇÃO POR SUBSTITUIÇÃO
TRIGONOMÉTRICA
click to edit
A substituição trigonométrica é empregada em integrais que contêm expressões da forma √a2 + x2, , √a2 - x2, , √x2 - a2 no integrando, nos permitindo substituir os binômios pelo quadrado de um único termo, transformando “várias integrais que contêm raízes quadradas em integrais que podemos calcular diretamente” (THOMAS, 2012, p. 542).
click to edit
INTEGRAÇÃO DE FUNÇÕES RACIONAIS POR FRAÇÕES PARCIAIS
é possível expressar uma integral de uma função racional como uma
soma de frações mais simples de serem integradas, as chamadas frações parciais.
Se p(x) é um polinômio com coeficientes reais, então pode ser expresso como
um produto de fatores lineares e/ou quadráticos, todos com coeficientes reais.
click to edit
Segundo Flemming e Gonçalves (2006), para desenvolvimento do método, precisamos considerar que o coeficiente de mais alto grau do polinômio do denominador q(x) é 1
Caso isto não ocorra, então precisamos dividir o numerador e o denominador da função racional f(x) por esse coeficiente.
Também precisamos supor que p(x) é menor que o grau de q(x); e caso isto não ocorra, então devemos primeiramente efetuar a divisão de p(x) por q(x).
INTEGRAIS IMPRÓPRIAS
click to edit
conceitos de integral definida para intervalos infinitos de integração e integrandos com assíntotas verticais dentro do intervalo de integração.
Integrais impróprias são aquelas com limites de integração infinitos, enquanto que assíntotas verticais são denominadas de descontinuidades infinitas.
Integrais sobre intervalos infinitos
Como infinito não é um número e não pode ser tratado como tal, então não
podemos fazer a integração definida da forma como fizemos até o momento
Integrais cujos integrandos têm descontinuidades infinitas
click to edit
APLICAÇÕES DAS INTEGRAIS DEFINIDAS: ÁREA ENTRE CURVAS DEFINIDAS: ÁREA ENTRE CURVAS E VOLUMES
Área entre curvas
VOLUMES
click to edit
APLICAÇÕES DAS INTEGRAIS DEFINIDAS: SOLIDOS DE UMA SUPEFICIE DE REVOLUÇÃO
Sólidos de revolução: método do disco
Sólidos de revolução: método do anel
Área de uma superfície de revolução
click to edit
APLICAÇÕES DAS INTEGRAIS DEFINIDAS: COMPRIMENTO DE UMA CURVA PLANAY=F(X) E TRABALHO
click to edit
é possível utilizar uma integral para calcular o comprimento de uma curva no plano e o trabalho exercido por uma força atuando sobre um corpo.
Comprimento de uma curva plana y=f(x)
trabalho
SISTEMAS DE COORDENADAS
ESPECIAIS
um sistema de coordenadas representa um ponto P no plano por um
par ordenado de números (chamados de coordenadas).
coordenadas polares
COORDENADAS CILÍNDRICAS
coordenadas esféricas