Cálculo 1: pacote de revisão

Formulários, as principais etapas dos métodos de cada tópico e 8 exercícios, com soluções completas no final.

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1Fórmulas e métodos

Limites

Substituição direta
tente x = a primeiro; 0/0 significa simplificar
Fatorar e cancelar
xⁿ − aⁿ = (x − a)(xⁿ⁻¹ + a·xⁿ⁻² + … + aⁿ⁻¹)
Conjugado
(√x − √a)(√x + √a) = x − a
Limites no infinito
divida pela maior potência de x; graus iguais dão a razão entre os coeficientes dominantes
Limite fundamental
limx→∞ (1 + a/x)bx = eab
Regra de L'Hôpital
lim f/g = lim f′/g′ (0/0 or ∞/∞)

Derivadas

Regra da potência
(xⁿ)′ = n·xⁿ⁻¹
Regra do produto
(uv)′ = u′v + uv′
Regra do quociente
(u/v)′ = (u′v − uv′)/v²
Regra da cadeia
f(g(x))′ = f′(g(x))·g′(x)
Derivadas comuns
(eˣ)′ = eˣ, (ln x)′ = 1/x, (sin x)′ = cos x, (cos x)′ = −sin x

Método

  1. Identifique a estrutura: soma, produto, quociente ou composição.
  2. Aplique a regra da potência a cada potência de x.
  3. Use a regra do produto, do quociente ou da cadeia quando necessário.
  4. Simplifique e, se pedido, calcule o valor no ponto.

Otimização

Método
escreva Q(x) com uma variável, resolva Q′(x) = 0, verifique Q″ ou as extremidades
Máximo
Q′(x) = 0, Q″(x) < 0
Mínimo
Q′(x) = 0, Q″(x) > 0
Cilindro fechado
V = πr²h, A = 2πr² + 2πrh
Lucro
P = R − C, R = p·q, maximum where MR = MC

Integrais

Regra da potência
∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1) + C
Integral definida
∫ab f dx = F(b) − F(a)
Integrais comuns
∫eˣ dx = eˣ, ∫1/x dx = ln|x|, ∫sin x dx = −cos x
Área entre curvas
∫ab (f − g) dx

Método

  1. Reescreva o integrando como uma soma de termos simples sempre que possível.
  2. Aplique a regra da potência: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1), e as integrais padrão para ex, 1/x, sen e cos.
  3. Use substituição quando vir uma função e sua derivada juntas.
  4. Para uma integral definida, calcule F(b) − F(a).

2Exercícios

1.LimitesMédia
xyy = L

Encontre o limite L = limx→∞ (√(9x2 − 8x) − 3x).

f(x) = √(9x2 − 8x) − 3xx → ∞
L =
2.LimitesDifícil
xyx = 0

Encontre o limite L = limx→0 (1 − cos 5x)/(3x²), com x em radianos.

f(x) = (1 − cos 5x)/(3x²)x → 0
L =
3.DerivadasMédia
xyx = 1,5

Seja f(x) = x·sin(3x), com x em radianos. Calcule f′(1,5).

f(x) = x·sin(3x)x = 1,5 rad
f′(1.5) =
4.DerivadasDifícil
xyx = −1

A reta tangente a f(x) = −x2 − 5x − 3 em x = −1 corta o eixo y em y = b. Calcule b.

f(x) = −x2 − 5x − 3x = −1
b =
5.OtimizaçãoMédia
rh

Uma lata cilíndrica fechada (com tampa e fundo) deve conter 750 cm³. O metal usado é proporcional à área total da superfície. Encontre a altura h da lata que usa o mínimo de material.

V = 750 cm³
h = cm
6.OtimizaçãoDifícil
qP(q)máximo

Uma pequena empresa vende seu produto a um preço de mercado fixo de €30 por unidade. Produzir q unidades custa C(q) = 600 + 12q + 0,05q² euros. Encontre o lucro máximo P.

p = €30C = 600 + 12q + 0,05q²
P = €
7.IntegraisMédia
xy02

Calcule I = ∫02 2x·(x² + 1)2 dx.

f(x) = 2x·(x² + 1)2[0, 2]
I =
8.IntegraisDifícil
xy−33

Calcule a área A da região entre a parábola y = 9 − x² e o eixo x.

y = 9 − x²
A =

3Soluções

1.Limites

Resposta: L = −1,333

Limites: tente primeiro a substituição direta. Se ela der 0/0, simplifique antes: fatore e cancele o fator comum, ou multiplique pelo conjugado. Quando x → ∞, divida o numerador e o denominador pela maior potência de x. Regra de L'Hôpital: se f/g dá 0/0 ou ∞/∞, então lim f/g = lim f′/g′, derivando o numerador e o denominador separadamente (e não com a regra do quociente).

Multiplicar pelo conjugado

f(x) = −8x/(√(9x2 − 8x) + 3x)

Dividir por x

f(x) = −8/(√(9 + (−8)/x) + 3)

Fazer x → ∞

L = −8/(3 + 3) = −1,333

Resposta

L = −1,333
2.Limites

Resposta: L = 4,167

Limites: tente primeiro a substituição direta. Se ela der 0/0, simplifique antes: fatore e cancele o fator comum, ou multiplique pelo conjugado. Quando x → ∞, divida o numerador e o denominador pela maior potência de x. Regra de L'Hôpital: se f/g dá 0/0 ou ∞/∞, então lim f/g = lim f′/g′, derivando o numerador e o denominador separadamente (e não com a regra do quociente).

Primeira aplicação

5·sin 5x/(6x) → 0/0

Segunda aplicação

25·cos 5x/6

Substituir x = 0

L = 25/6 = 4,167

Resposta

L = 4,167
3.Derivadas

Resposta: f′(1.5) = −1,926

Derivação: a derivada f′(x) é o declive do gráfico em x. Regra da potência: (xⁿ)′ = n·xⁿ⁻¹. Regra do produto: (uv)′ = u′v + uv′. Regra da cadeia: (f(g(x)))′ = f′(g(x))·g′(x). Onde f′(x) = 0 o gráfico tem tangente horizontal: um máximo, um mínimo ou um ponto de sela.

Regras do produto e da cadeia

f′(x) = sin(3x) + 3x·cos(3x)

Substituir

f′(1,5) = −0,9775 + 4,5·(−0,2108) = −1,926

Resposta

f′(1,5) = −1,926
4.Derivadas

Resposta: b = −2

Derivação: a derivada f′(x) é o declive do gráfico em x. Regra da potência: (xⁿ)′ = n·xⁿ⁻¹. Regra do produto: (uv)′ = u′v + uv′. Regra da cadeia: (f(g(x)))′ = f′(g(x))·g′(x). Onde f′(x) = 0 o gráfico tem tangente horizontal: um máximo, um mínimo ou um ponto de sela.

Ponto e declive

f(−1) = 1
f′(x) = −2x − 5 → f′(−1) = −3

Reta tangente em x = 0

b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = 1 − (−3)·(−1) = −2

Resposta

b = −2
5.Otimização

Resposta: h = 9,847 cm

Otimização: escreva a grandeza a otimizar como função de uma única variável, usando a restrição para eliminar a outra. Iguale a derivada a zero e resolva. Verifique se o ponto crítico é um máximo ou um mínimo (segunda derivada ou mudança de sinal da primeira derivada) e se está dentro do intervalo permitido; uma extremidade como um lado de comprimento zero não é a resposta.

Área como função de r

h = 750/(πr²)
A(r) = 2πr² + 1500/r

Igualar a derivada a zero

A″(r) = 4π + 3000/r³ > 0, então este é um mínimo.

4πr − 1500/r² = 0 → r = ∛(750/(2π)) = 4,924 cm

Altura e área

h = 750/(π·4,924²) = 2r = 9,847 cm
A = 2π·4,924² + 1500/4,924 = 457 cm²

Resposta

h = 9,847 cm

A lata fechada mais econômica é tão alta quanto larga: h = 2r.

6.Otimização

Resposta: P = 1020 €

Otimização: escreva a grandeza a otimizar como função de uma única variável, usando a restrição para eliminar a outra. Iguale a derivada a zero e resolva. Verifique se o ponto crítico é um máximo ou um mínimo (segunda derivada ou mudança de sinal da primeira derivada) e se está dentro do intervalo permitido; uma extremidade como um lado de comprimento zero não é a resposta.

Função lucro

P(q) = 30q − (600 + 12q + 0,05q²) = −0,05q2 + 18q − 600

Igualar a derivada a zero

P″(q) = −0,1 < 0, então este é um máximo.

18 − 0,1q = 0 → q = 180

Lucro máximo

P = 18·180 − 0,05·180² − 600 = €1020

Resposta

P = €1020
7.Integrais

Resposta: I = 41,33

Integrais definidos: ∫ₐᵇ f(x) dx é a área com sinal entre o gráfico e o eixo x de a a b. Encontre uma primitiva F (com F′ = f) e calcule F(b) − F(a). Regra da potência: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). A área entre duas curvas é ∫(superior − inferior) dx.

Substituição

u = x² + 1, du = 2x dx
I = ∫15 u2 du

Integrar e avaliar

I = [u3/3]15 = (125 − 1)/3 = 41,33

Resposta

I = 41,33
8.Integrais

Resposta: A = 36

Integrais definidos: ∫ₐᵇ f(x) dx é a área com sinal entre o gráfico e o eixo x de a a b. Encontre uma primitiva F (com F′ = f) e calcule F(b) − F(a). Regra da potência: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). A área entre duas curvas é ∫(superior − inferior) dx.

Zeros

9 − x² = 0 → x = ±3

Integrar

A = [9x − x³/3]−33 = 18 − (−18) = 36

Resposta

A = 36

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