Warning: this is an htmlized version!
The original is here, and the conversion rules are here. |
% (find-LATEX "2020-1-C3-taylor-3.tex") % (defun c () (interactive) (find-LATEXsh "lualatex -record 2020-1-C3-taylor-3.tex" :end)) % (defun D () (interactive) (find-pdf-page "~/LATEX/2020-1-C3-taylor-3.pdf")) % (defun d () (interactive) (find-pdftools-page "~/LATEX/2020-1-C3-taylor-3.pdf")) % (defun e () (interactive) (find-LATEX "2020-1-C3-taylor-3.tex")) % (defun u () (interactive) (find-latex-upload-links "2020-1-C3-taylor-3")) % (defun v () (interactive) (find-2a '(e) '(d)) (g)) % (find-pdf-page "~/LATEX/2020-1-C3-taylor-3.pdf") % (find-sh0 "cp -v ~/LATEX/2020-1-C3-taylor-3.pdf /tmp/") % (find-sh0 "cp -v ~/LATEX/2020-1-C3-taylor-3.pdf /tmp/pen/") % file:///home/edrx/LATEX/2020-1-C3-taylor-3.pdf % file:///tmp/2020-1-C3-taylor-3.pdf % file:///tmp/pen/2020-1-C3-taylor-3.pdf % http://angg.twu.net/LATEX/2020-1-C3-taylor-3.pdf % (find-C3-aula-links "2020-1-C3-taylor-3" "7" "taylor3") % (find-LATEX "2019.mk") % «.defs» (to "defs") % «.title» (to "title") % «.na-aula-passada» (to "na-aula-passada") % «.na-aula-passada-2» (to "na-aula-passada-2") % «.exercicio-1» (to "exercicio-1") % «.exercicio-2» (to "exercicio-2") % «.exercicio-3» (to "exercicio-3") % «.exercicio-4» (to "exercicio-4") % «.exercicio-5» (to "exercicio-5") \documentclass[oneside,12pt]{article} \usepackage[colorlinks,citecolor=DarkRed,urlcolor=DarkRed]{hyperref} % (find-es "tex" "hyperref") \usepackage{amsmath} \usepackage{amsfonts} \usepackage{amssymb} \usepackage{pict2e} \usepackage[x11names,svgnames]{xcolor} % (find-es "tex" "xcolor") %\usepackage{colorweb} % (find-es "tex" "colorweb") %\usepackage{tikz} % % (find-dn6 "preamble6.lua" "preamble0") %\usepackage{proof} % For derivation trees ("%:" lines) %\input diagxy % For 2D diagrams ("%D" lines) %\xyoption{curve} % For the ".curve=" feature in 2D diagrams % \usepackage{edrx15} % (find-LATEX "edrx15.sty") \input edrxaccents.tex % (find-LATEX "edrxaccents.tex") \input edrxchars.tex % (find-LATEX "edrxchars.tex") \input edrxheadfoot.tex % (find-LATEX "edrxheadfoot.tex") \input edrxgac2.tex % (find-LATEX "edrxgac2.tex") % %\usepackage[backend=biber, % style=alphabetic]{biblatex} % (find-es "tex" "biber") %\addbibresource{catsem-slides.bib} % (find-LATEX "catsem-slides.bib") % % (find-es "tex" "geometry") \usepackage[a6paper, landscape, top=1.5cm, bottom=.25cm, left=1cm, right=1cm, includefoot ]{geometry} % \begin{document} \catcode`\^^J=10 \directlua{dofile "dednat6load.lua"} % (find-LATEX "dednat6load.lua") % %L dofile "edrxtikz.lua" -- (find-LATEX "edrxtikz.lua") % %L dofile "edrxpict.lua" -- (find-LATEX "edrxpict.lua") % \pu % «defs» (to ".defs") % (find-LATEX "edrx15.sty" "colors-2019") \long\def\ColorRed #1{{\color{Red1}#1}} \long\def\ColorViolet#1{{\color{MagentaVioletLight}#1}} \long\def\ColorViolet#1{{\color{Violet!50!black}#1}} \long\def\ColorGreen #1{{\color{SpringDarkHard}#1}} \long\def\ColorGreen #1{{\color{SpringGreenDark}#1}} \long\def\ColorGreen #1{{\color{SpringGreen4}#1}} \long\def\ColorGray #1{{\color{GrayLight}#1}} \long\def\ColorGray #1{{\color{black!30!white}#1}} \long\def\ColorBrown #1{{\color{Brown}#1}} \long\def\ColorBrown #1{{\color{brown}#1}} \long\def\ColorShort #1{{\color{SpringGreen4}#1}} \long\def\ColorLong #1{{\color{Red1}#1}} \def\frown{\ensuremath{{=}{(}}} \def\True {\mathbf{V}} \def\False{\mathbf{F}} \def\drafturl{http://angg.twu.net/LATEX/2020-1-C2.pdf} \def\drafturl{http://angg.twu.net/2020.1-C2.html} \def\draftfooter{\tiny \href{\drafturl}{\jobname{}} \ColorBrown{\shorttoday{} \hours}} % _____ _ _ _ % |_ _(_) |_| | ___ _ __ __ _ __ _ ___ % | | | | __| |/ _ \ | '_ \ / _` |/ _` |/ _ \ % | | | | |_| | __/ | |_) | (_| | (_| | __/ % |_| |_|\__|_|\___| | .__/ \__,_|\__, |\___| % |_| |___/ % % «title» (to ".title") % (c3m201taylor3p 1 "title") % (c3m201taylor3a "title") \thispagestyle{empty} \begin{center} \vspace*{1.2cm} {\bf \Large Cálculo 3 - 2020.1} \bsk Aulas 7 e 8: dx, $Δx$ e série de Taylor \bsk Eduardo Ochs - RCN/PURO/UFF \url{http://angg.twu.net/2020.1-C3.html} \end{center} \newpage % «na-aula-passada» (to ".na-aula-passada") % (c3m201taylor3p 2 "na-aula-passada") % (c3m201taylor3 "na-aula-passada") Na aula passada nós fizemos alguns exercícios pra revisar a linguagem que o João Carlos Vieira Sampaio, da UFSCar, usou na ``Aula 14'' dele -- que vamos tentar decifrar. Links: \ssk \url{https://www.dm.ufscar.br/profs/sampaio/calculo1\_aula14.pdf} \url{http://angg.twu.net/LATEX/2020-1-C3-taylor-2.pdf} \ssk Nos nossos exercícios nós mantivemos as várias linguagens separadas -- veja a próxima página. Nos itens [a], [b], [c], usamos a ``notação de Lagrange'', $f'(x)$; nos itens [a'], [b'], [c'] usamos a ``notação de Leibniz'', $\frac{dy}{dx}$, e no item [c''] começamos a usar {\sl diferenciais}, como $dx$ e $dy$, que o João Carlos explica na seção 14.2 da aula dele. \newpage % «na-aula-passada-2» (to ".na-aula-passada-2") % (c3m201taylor3p 3 "na-aula-passada-2") % (c3m201taylor3 "na-aula-passada-2") %\printbibliography % (find-latexinkscape-links "aula6") % (find-latexinkscape-links "2020-1-C3/aula6_diferenciais") % (find-pdf-page "~/LATEX/2020-1-C3/aula6_diferenciais.pdf") \includegraphics[height=8cm]{2020-1-C3/aula6_diferenciais.pdf} \newpage ...mas faltou introduzirmos notações como $x_0$, $x_1$, $y_0$, $y_1$, $Δx$, $Δy$, etc, e juntarmos tudo isto com séries de Taylor e com as aproximações de 1ª e 2ª ordem, que em geral vamos usar na notação de baixo... % (c3m201taylor1p 12 "taylor-8") % (c3m201taylor1 "taylor-8") % $$\begin{array}{rcl} f(x) &=& \displaystyle \sum_{k=0}^∞ \frac{f^{(k)}(a)}{k!} (x-a)^k \\[10pt] f(x) &≈& f(a) + f'(a)(x-a) \\ f(x) &≈& f(a) + f'(a)(x-a) + \frac{f''(a)}{2} (x-a)^2 \\ \\ f(x_1) &=& \displaystyle \sum_{k=0}^∞ \frac{f^{(k)}(x_0)}{k!} (Δx)^k \\[10pt] f(x_1) &≈& f(x_0) + f'(x_0)Δx \\ f(x_1) &≈& f(x_0) + f'(x_0)Δx + \frac{f''(x_0)}{2} Δx^2 \\ \end{array} $$ \newpage % «exercicio-1» (to ".exercicio-1") % (c3m201taylor3p 5 "exercicio-1") % (c3m201taylor3 "exercicio-1") {\bf Exercício 1.} {\sl Importante: tente fazer tudo aqui sem calculadora exceto nos itens que dizem ``usando a calculadora''!} Seja $y=f(x)=\sqrt{x}$. a) Desenhe o gráfico de $y=f(x)$ entre $x=0$ e $x=9$. b) Digamos que $x_0=4$ e $x_1=5$. Calcule $y_0$ e $Δx$. Represente graficamente $y_1$ e $Δy$ \ColorRed{sem calculá-los numericamente}. Use no seu desenho as convenções da figura 14.3 do João Carlos Sampaio. c) Encontre uma fórmula para calcular $\frac{dy}{dx}$. d) Calcule $\frac{dy}{dx}$ para $x=x_0$. e) Calcule $dy$ no caso em que $x=x_0$ e $dx=Δx$. f) Calcule $y_1$ e $Δy$ usando a calculadora. \newpage % «exercicio-2» (to ".exercicio-2") % (c3m201taylor3p 6 "exercicio-2") % (c3m201taylor3 "exercicio-2") A partir de uma das fórmulas de Taylor podemos obter: $$\begin{array}{rcl} f(x_1) &≈& f(x_0) + f'(x_0)Δx \\ f(x_1) - f(x_0) &≈& f'(x_0)Δx \\ y_1 - y_0 &≈& f'(x_0)Δx \\ Δy &≈& \frac{dy}{dx} Δx \\ \end{array} $$ g) Em $f(x_1) ≈ f(x_0) + f'(x_0)Δx$ o lado esquerdo precisa de calculadora pra ser calculado e o lado direito é uma aproximação pra ele que pode ser calculada sem calculadora. Calcule $f(x_1)$ usando calculadora e compare os valores dos dois lados do `$≈$'. \bsk {\bf Exercício 2.} Refaça todos os itens do exercício 1 mas agora usando $x_1=1$. \newpage % «exercicio-3» (to ".exercicio-3") % (c3m201taylor3p 7 "exercicio-3") % (c3m201taylor3 "exercicio-3") {\bf Exercício 3.} Nos exercícios anteriores você aprender a calcular aproximações para o $y_1$ sem calculadora e o $y_1$ ``de verdade'' pra valores de $x_1$ dados... agora vamos generalizar isto. Seja: $$\begin{array}{rcl} g(x_1) &=& f(x_0) + f'(x_0)Δx \\ &=& f(x_0) + f'(x_0)(x_1-x_0) \\ \end{array} $$ a) Calcule $g(x_0)$ e $g'(x_0)$. Lembre que ainda estamos usando $x_0=4$. b) Represente num gráfico só as curvas $y=f(x)$ e $y=g(x)$. Obs: $g$ é uma reta. c) Calcule $f(0)$, $g(0)$, $f(9)$, $g(9)$, $f(-2)$, $g(-2)$. Obs: se você souber calcular $g(0)$, $g(9)$ e $g(-2)$ só pelo gráfico sem escrever as contas é melhor ainda. \newpage Dá pra fazer algo parecido pra aproximações de 2ª ordem: $$\begin{array}{rcl} g(x_1) &=& f(x_0) + f'(x_0)Δx \\ &=& f(x_0) + f'(x_0)(x_1-x_0) \\ h(x_1) &=& f(x_0) + f'(x_0)Δx + \frac{f''(x_0)}{2}Δx^2 \\ &=& f(x_0) + f'(x_0)(x_1-x_0) + \frac{f''(x_0)}{2}(x_1-x_0)^2 \\ \end{array} $$ Vamos comparar $f(x_1)$ com $h(x_1)$ e ver que a $h(x_1)$ é uma aproximação melhor para a $f(x_1)$ do que $g(x_1)$... mas vai ser mais fácil visualizar isto -- e vai ser mais útil pro que vem depois -- se usarmos trajetórias. \newpage % «exercicio-4» (to ".exercicio-4") % (c3m201taylor3p 9 "exercicio-4") % (c3m201taylor3 "exercicio-4") {\sl Por enquanto} as nossas fórmulas para aproximações de trajetórias vão ser estas aqui: $$\begin{array}{rcl} P(x_1) &=& (x_1,f(x_1)) \\ Q(x_1) &=& P(x_0) + (x_1-x_0)P'(x_0) \\ R(x_1) &=& P(x_0) + (x_1-x_0)P'(x_0) + (x_1-x_0)^2\frac{P''(x_0)}{2} \\ \end{array} $$ \bsk {\bf Exercício 4.} Nós ainda estamos usando $f(x) = \sqrt{x}$ e $x_0$ = 4. Ainda é pra fazer tudo sem calculadora, exceto onde eu disser. a) Represente graficamente o traço da trajetória $P$ no intervalo $x_1∈[0,9]$ e indique os pontos $P(4)$, $P(3)$ e $P(5)$. \newpage {\bf Exercício 4, continuação...} % $$\begin{array}{rcl} P(x_1) &=& (x_1,f(x_1)) \\ Q(x_1) &=& P(x_0) + (x_1-x_0)P'(x_0) \\ R(x_1) &=& P(x_0) + (x_1-x_0)P'(x_0) + (x_1-x_0)^2\frac{P''(x_0)}{2} \\ \end{array} $$ b) Calcule $P(4)$, $P'(4)$ e $\frac{P''(4)}{2}$. c) Represente graficamente os pontos $Q(4)$, $Q(3)$ e $Q(5)$. Pra representar $Q(3)$ e $Q(5)$ \ColorRed{\bf \underline{NÃO FAÇA CONTAS}} -- use o ponto $P(x_0)$ e o vetor $P'(x_0)$ e faça tudo direto no gráfico. d) Represente graficamente os pontos $R(4)$, $R(4+1)$ e $R(4-1)$. Pra representar $R(4+1)$ e $R(4-1)$ \ColorRed{\bf \underline{NÃO FAÇA CONTAS}} -- use o ponto $P(x_0)$ e os vetores $P'(x_0)$ e $\frac{P''(x_0)}{2}$ e faça tudo direto no gráfico. Depois represente graficamente $R(4)$, $R(4+2)$ e $R(4-2)$, também sem fazer contas. \newpage % «exercicio-5» (to ".exercicio-5") % (c3m201taylor3p 11 "exercicio-5") % (c3m201taylor3 "exercicio-5") e) Calcule sem calculadora os valores de $Q(4.1)$ e $R(4.1)$, e depois compare-os com o valor de $P(4.1)$ calculado usando calculadora. \bsk \bsk {\bf Exercício 5} \ssk Refaça o exercício 3 da aula 2: \ssk \url{http://angg.twu.net/LATEX/2020-1-C3-vetor-tangente.pdf} \ssk a) Calcule $P'(t)$ e $P''(t)/2$. b) Calcule $P(0)$, $P'(0)$ e $P''(0)/2$. c) Calcule $P(\frac{\pi}{2})$, $P'(\frac{\pi}{2})$ e $P''(\frac{\pi}{2})/2$. \newpage d) Usando a fórmula % $$R(x_0+Δx) = P(x_0) + P'(x_0)Δx + \frac{P''(x_0)}{2}Δx^2 $$ % com $x_0=\frac{π}{2}$, represente graficamente os pontos $R(x_0+0)$, $R(x_0+1)$, $R(x_0-1)$, $R(x_0+2)$, $R(x_0-2)$. Tente fazer o mínimo possível de contas --- dá pra representar esses pontos direto no gráfico já que você já sabe $P(\frac{\pi}{2})$, $P'(\frac{\pi}{2})$ e $P''(\frac{\pi}{2})/2$. \ssk e) Usando $x_0=\frac{π}{2}$ na fórmula acima calcule sem calculadora $R(x_0+0.1)$ e depois compare o seu resultado com o resultado de $P(x_0+0.1)$ calculado com calculadora. % (c3m201vtp 6 "exercicio-3") % (c3m201vt "exercicio-3") % (c3m201taylor2p 4 "sampaio") % (c3m201taylor2 "sampaio") % https://www.dm.ufscar.br/profs/sampaio/calculo1_aula14.pdf % (code-pdf-page "sampaio14" "$S/https/www.dm.ufscar.br/profs/sampaio/calculo1_aula14.pdf") % (code-pdf-text "sampaio14" "$S/https/www.dm.ufscar.br/profs/sampaio/calculo1_aula14.pdf") % (find-sampaio14page) % (find-sampaio14text) % (find-sampaio14page 3 "14.2 Diferenciais") % (find-sampaio14text 3 "14.2 Diferenciais") % https://en.wikipedia.org/wiki/Leibniz%27s_notation \end{document} % __ __ _ % | \/ | __ _| | _____ % | |\/| |/ _` | |/ / _ \ % | | | | (_| | < __/ % |_| |_|\__,_|_|\_\___| % % <make> * (eepitch-shell) * (eepitch-kill) * (eepitch-shell) # (find-LATEXfile "2019planar-has-1.mk") make -f 2019.mk STEM=2020-1-C3-taylor-3 veryclean make -f 2019.mk STEM=2020-1-C3-taylor-3 pdf % Local Variables: % coding: utf-8-unix % ee-tla: "c3m201taylor3" % End: