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→∞ (2x3 + 4x − 7)/(5x3 + x + 1).

f(x) = (2x3 + 4x − 7)/(5x3 + x + 1)x → ∞
L =
2.LimitesDifícil
xyx = 0

Encontre o limite L = limx→0 (1 − cos 4x)/(x²), com x em radianos.

f(x) = (1 − cos 4x)/(x²)x → 0
L =
3.DerivadasMédia
xyx = 0,5

Seja f(x) = x·e2x. Calcule f′(0,5).

f(x) = x·e2xx = 0,5
f′(0.5) =
4.DerivadasDifícil
xy

Seja f(x) = x3 − 3x2 + 6. Calcule a abcissa x do mínimo local.

f(x) = x3 − 3x2 + 6
x =
5.OtimizaçãoMédia
lado da rua: €30/m€12/myyx

Um terreno retangular de 400 m² é cercado nos quatro lados. O lado ao longo da rua, de comprimento x, custa €30 por metro; os outros três lados custam €12 por metro. Encontre o comprimento x do lado da rua que minimiza o custo.

A = 400 m²€30/m€12/m
x = m
6.OtimizaçãoDifícil
qP(q)máximo

Uma empresa vende q unidades por semana. O preço pelo qual consegue vendê-las é p = 70 − 1q euros por unidade, e o custo é C(q) = 400 + 10q euros. Encontre a produção semanal q que maximiza o lucro.

p = 70 − 1qC = 400 + 10q
q = unidades
7.IntegraisMédia
xy02

Calcule I = ∫02 e0,5x dx.

f(x) = e0,5x[0, 2]
I =
8.IntegraisDifícil
xyy = 0,5x2​y = 3x

Calcule a área A da região limitada por y = 0,5x2 e y = 3x.

y = 0,5x2y = 3x
A =

3Soluções

1.Limites

Resposta: L = 0,4

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).

Dividir pela maior potência

(2 + 4/x2 + (−7)/x3)/(5 + 1/x2 + 1/x3)

Fazer x → ∞

L = 2/5 = 0,4

Resposta

L = 0,4

Para graus iguais o limite é a razão entre os coeficientes dominantes.

2.Limites

Resposta: L = 8

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

4·sin 4x/(2x) → 0/0

Segunda aplicação

16·cos 4x/2

Substituir x = 0

L = 16/2 = 8

Resposta

L = 8
3.Derivadas

Resposta: f′(0.5) = 5,437

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.

Regra do produto

f′(x) = u′v + uv′ = e2x·(1 + 2·x)

Substituir

f′(0,5) = 2,718·(1 + 1) = 5,437

Resposta

f′(0,5) = 5,437
4.Derivadas

Resposta: x = 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.

Derivada

f′(x) = 3x2 − 6x = 3·(x2 − 2x)

Resolver f′(x) = 0

x = 0 ou x = 2

Qual é qual

f″(x) = 6x − 6: negativa num máximo, positiva num mínimo.

f″(0) = −6, f″(2) = 6
x = 2

Resposta

x = 2
5.Otimização

Resposta: x = 15,12 m

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.

Custo como função de x

C(x) = 42x + 9600/x

Igualar a derivada a zero

C″(x) = 19200/x³ > 0, então este é um mínimo.

x = √(9600/42) = 15,12 m
y = 400/15,12 = 26,46 m

Custo mínimo

C = 42·15,12 + 9600/15,12 = €1270

Resposta

x = 15,12 m
6.Otimização

Resposta: q = 30 unidades

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) = (70 − 1q)·q − (400 + 10q) = −q2 + 60q − 400

Igualar a derivada a zero

P″(q) = −2 < 0, então este é um máximo.

q = 60/2 = 30

Preço e lucro

p = 70 − 1·30 = €40
P = 60·30 − 1·30² − 400 = €500

Resposta

q = 30
7.Integrais

Resposta: I = 3,437

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.

Primitiva

F(x) = e0,5x/0,5

Avaliar nos limites

I = (e1 − 1)/0,5 = (2,718 − 1)/0,5 = 3,437

Resposta

I = 3,437
8.Integrais

Resposta: A = 18

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.

Pontos de interseção

0,5x2 = 3x → x = 0, x = 6

Integrar superior menos inferior

A = [1,5x2 − 0,1667x3]06 = 18

Resposta

A = 18

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