Autor: Anibal Tavares de Azevedo
CÁLCULO I
SEMANA 02 - AULA 01
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6 Agosto 2008
LIMITES E DERIVADAS
Inclinação de uma reta:
Seja a equação da reta dado por y = ax + b. Deseja-se encontrar para um par de pontos P(x0,y0) e Q(x1, y1) o valor do coeficiente angular a e o valor coeficiente linear b tal como ilustrado no gráfico.
b
P(x0,y0)
0
x
y
f
P(x1,y1)
x0
x1
y0
y1
a
2
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Exemplo 1: Encontrar os valores de a e b da reta y=ax+b para dois pontos P(x0,y0) e Q(x1,y1) quaisquer.
yo = axo + b ⇒ b = yo - axo (i)
y1 = ax1 + b (ii)
Aplicando (i) em (ii):
y1 = ax1 + (yo - axo)
⇒ a = (y1-yo )/(x1-xo) e b = yo - axo
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Problema 1:
Encontrar a reta que toca uma curva em apenas 1 ponto, ou seja, encontrar a reta tangente a uma curva.
0
f(x) = x2
y
x
1
4
Q(x,x2)
P(1,1)
Encontrar a reta tangente à parábola y = x2 no ponto P(1,1). Para encontrar uma reta são necessários 2 pontos, mas só se conhece o ponto P(1,1).
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Para resolver este problema obtém-se uma aproximação, a reta que passa por um ponto Q(x, x2) e pelo ponto P(1,1). A inclinação da reta secante PQ será dada por:
apq = (y1-yo )/(x1-xo) = (x2 - 1)/(x - 1)
Para o ponto Q(1,5; 2,25):
apq = (2,25-1 )/(1,5-1) = (1,25)/(0,5)=2,5
x
2
apq
3
1,5
2,5
1,1
2,1
1,01
2,01
1,001
2,001
x
0,999
apq
1,999
0,99
1,99
0,9
1,9
0,5
1,5
0
1
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Pelas tabelas anteriores o quanto mais próximo x está próximo de 1, mais o valor de apq estará próximo de 2. Matematicamente:
lim x→1 (x2 - 1)/(x - 1) = 2
lim Q→P apq = a
Assumindo que apq é 2, então, a equação da reta será:
apq = 2
bpq = y0 –ax0 = 1-2.1 = -1
y = 2x - 1
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0
Exemplo 2: Seja f(x) = x2 – x + 2. Calcular o valor de f para valores próximos de 2.
y
x
2
f(x) = x2 – x + 2
.5
2
4
x
1,0
f(x)
2,0
1,5
2,75
1,8
3,44
1,9
3,71
1,99
3,97
x
3,0
f(x)
8,0
2,5
5,75
2,2
4,64
2,1
4,31
2,001
4,00
lim x→2 f(x) = 4
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Definição:
Se o limite de f(x), quando x tende a um valor a, é igual a L, então:
lim x→a f(x) = L
O limite significa tornar os valores de f(x) tão próximos de L ao se empregar x suficientemente próximo de a. Outra notação é:
f(x) → L quando x → a
Observação: Ao se empregar o limite de f(x) quando x tende ao valor a não se considera o valor de f(x) em a, pois f(x) não precisa estar definida em a para se encontrar seu limite.
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0
Exemplo 3: Calcule lim x→1 (x - 1)/(x2 – 1).
y
x
2
f(x) = (x - 1)/(x2 – 1)
.5
2
4
x > 1
f(x)
1,001
0,499
1,01
0,497
1,1
0,476
1,5
0,400
x < 1
0,5
f(x)
0,6667
0,9
0,5263
0,99
0,5025
0,999
0,5002
lim x→1 f(x) = 0,5
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IMPORTANTE:
Existem armadilhas na conjectura sobre o valor de um limite através do cálculo de valores (elaboração de tabelas e o gráfico correspondente). Portanto, é necessário empregar técnicas mais apropriadas.
Exemplo 4: Calcular lim t→1 H(t), onde: H(t) = 0, se t < 0 e H(t) = 1, se t ≥ 0.
0
y
t
1
Quando t tende a 0 pela esquerda, H(t) tende a 0. Quando t tende a direita H(t) tende 1. Como H(t) não tende a um único valor quando t tende a 0, então, o lim não existe (não está definido).
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Definição:
Seja:
lim x→a - f(x) = L
Então, isto significa que o limite à esquerda de f(x) quando x tende a a é igual a L. A definição do limite à direita é análoga:
lim x→a + f(x) = L
Assim, pode-se definir que:
lim x→a f(x) = L
se e somente se
lim x→a - f(x) = L
lim x→a + f(x) = L
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Exercício 1: Dado o gráfico de g achar os limites:
(a)lim x→2- g(x)
(b)lim x→2+ g(x)
(c)lim x→2 g(x)
(d)lim x→5- g(x)
(e)lim x→5+ g(x)
(f)lim x→5 g(x)
0
y
x
1
1
2
3
3
4
5
y = g(x)
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Exercício 1: Dado o gráfico de g achar os limites:
(a)lim x→2- g(x) = 3
(b)lim x→2+ g(x) = 1
(c)lim x→2 g(x), uma
vez que os limites à
esquerda e à direita
são diferentes, então,
o limite não existe.
0
y
x
1
1
2
3
3
4
5
y = g(x)
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Exercício 1: Dado o gráfico de g achar os limites:
(f)lim x→5 g(x), uma
vez que os limites à
esquerda e à direita
são iguais, então,
o limite existe e é
igual 2. Apesar de
que g(5) = 1.
0
y
x
1
1
2
3
3
4
5
y = g(x)
(d)lim x→5- g(x) = 2
(e)lim x→5+ g(x) = 2
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Exemplo 4: Achar o limite de lim x→0 1/x2:
Limites Infinitos
-2
y
x
-1
0
1
2
3
y = 1/x2
x
±0,001
y
1000000
±0,01
10000
±0,5
4
±1
1
lim x→0 1/x2 = ∞
Na verdade
o limite
não existe !
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Exercício 2: Dado o gráfico f(x) encontre:
lim x→a f(x)
y
x
0
x=a
y = f(x)
Exercício 3: Dado o gráfico f(x) encontre:
lim x→3+ 2x/(x-3)
y
x
0
x=3
y = f(x)
lim x→3- 2x/(x-3)
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Exercício 2: Dado o gráfico f(x) encontre:
lim x→a f(x) = -∞
y
x
0
x=a
y = f(x)
Exercício 3: Dado o gráfico f(x) encontre:
lim x→3+ 2x/(x-3)=+∞
y
x
0
x=3
y = f(x)
lim x→3- 2x/(x-3)=-∞
3+←x
x→3-
x→a-
x→a+
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Definição:
Seja C uma constante e suponha que existam os limites
lim x→a f(x) e lim x→a g(x), então:
(1)lim x→a [f(x) + g(x)] = lim x→a f(x) + lim x→a g(x)
(2)lim x→a [f(x) - g(x)] = lim x→a f(x) - lim x→a g(x)
(3)lim x→a [c*f(x)] = c*lim x→a f(x)
(4)lim x→a [f(x)*g(x)] = lim x→a f(x)*lim x→a g(x)
(5)lim x→a [f(x)/g(x)] = lim x→a f(x)/lim x→a g(x)
Se lim x→a g(x) ≠ 0.
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Exemplo 5: Caso existam, encontrar, usando o gráfico, os limites:
-2
y
x
-1
0
1
2
3
f
-1
-2
(A)lim x→2- [f(x) + 5*g(x)]
g
1
lim x→2- f(x)=1
lim x→2- g(x)=-1
=lim x→2- f(x) +
lim x→2- [5*g(x)]
=lim x→2- f(x) +
lim x→2- 5*[g(x)]
1 + 5(-1) = -4
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Exemplo 5: Caso existam, encontrar, usando o gráfico, os limites:
-2
y
x
-1
0
1
2
3
f
-1
-2
(B)lim x→2 [f(x)/g(x)]
g
1
lim x→2 f(x)=1 (pela
direita e pela
esquerda).
lim x→2 g(x)=0, logo
o limite [f(x)/g(x)]
não está definido.
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Definição:
Seja f(x) uma função polinomial ou racional e a estiver no domínio de f, então:
lim x→a f(x) = f(a)
Exemplo 6: Encontre lim x→5 (2x2-3x+4).
lim x→5 (2x2-3x+4)
= lim x→5 (2x2) - lim x→5 (3x) + lim x→5 (4)
= 2lim x→5 (x2) -3lim x→5 (x) + lim x→5 (4)
= 2(52) - 3(5) + 4 = 50 – 15 + 4 = 39
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Exemplo 7: Encontre lim x→1 (x2-1)/(x-1).
O limite não pode ser encontrado pois a função f(x)
não está definida no ponto x = 1. Ou seja, ao invés
de se usar lim x→a f(x)/g(x)=lim x→a f(x)/lim x→a g(x),
deve-se empregar:
CUIDADO: Nem todos os limites podem ser
calculados pela substituição direta.
(x2-1)/(x-1) = (x-1)(x+1)/(x-1)
lim x→a(x2-1)/(x-1) = lim x→a (x-1)(x+1)/(x-1) =
Quando x tende a 1, x ≠ 1 e, assim, x – 1 ≠ 0 e o fator comum pode ser cancelado tal como :
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Assim, se f(x) = g(x) quando x ≠ a, então, lim x→a f(x)
= lim x→a g(x), desde que o limite exista.
lim x→1 (x2-1)/(x-1) = lim x→1 (x+1) = 1 + 1 = 2
Observe que este limite foi encontrado no Problema 1.
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Exemplo 8: Encontre lim x→1 (x-1)/(x2-1).
Se (x-1)/(x2-1) = (x-1)/((x-1)(x+1))
lim x→1(x-1)/(x2-1) =
lim x→1 (x-1)/((x-1)(x+1))=
Quando x tende a 1, x ≠ 1 e, assim, x – 1 ≠ 0 e o
fator comum pode ser cancelado tal como :
lim x→11/(x+1) = 1/(1+1) = 1/2 = 0.5
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Exemplo 9: Encontre lim t→0 ((t2+9) 1/2-3)/(t2).
((t2+9) 1/2-3)/(t2)=
((t2+9) 1/2-3)/(t2)*((t+9) 1/2+3)/(t+9) 1/2+3))=
((t2+9) -9)/((t2)*((t+9) 1/2+3))=
(t2)/((t2)*((t+9) 1/2+3))=
1/((t+9) 1/2+3)
Assim: lim t→0 ((t2+9) 1/2-3)/(t2) =
lim t→01/((t+9) 1/2+3)=
1/(3 + 3)=
1/6
Como não é possível aplicar diretamente a regra do
quociente usa-se:
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OBRIGADO !!!
FIM !!!
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