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% (find-LATEX "2020-2-C2-somas-1.tex") % (defun c () (interactive) (find-LATEXsh "lualatex -record 2020-2-C2-somas-1.tex" :end)) % (defun C () (interactive) (find-LATEXsh "lualatex 2020-2-C2-somas-1.tex" "Success!!!")) % (defun D () (interactive) (find-pdf-page "~/LATEX/2020-2-C2-somas-1.pdf")) % (defun d () (interactive) (find-pdftools-page "~/LATEX/2020-2-C2-somas-1.pdf")) % (defun e () (interactive) (find-LATEX "2020-2-C2-somas-1.tex")) % (defun u () (interactive) (find-latex-upload-links "2020-2-C2-somas-1")) % (defun v () (interactive) (find-2a '(e) '(d))) % (defun d0 () (interactive) (find-ebuffer "2020-2-C2-somas-1.pdf")) % (defun cv () (interactive) (C) (ee-kill-this-buffer) (v) (g)) % (find-pdf-page "~/LATEX/2020-2-C2-somas-1.pdf") % (find-sh0 "cp -v ~/LATEX/2020-2-C2-somas-1.pdf /tmp/") % (find-sh0 "cp -v ~/LATEX/2020-2-C2-somas-1.pdf /tmp/pen/") % (find-xournalpp "/tmp/2020-2-C2-somas-1.pdf") % file:///home/edrx/LATEX/2020-2-C2-somas-1.pdf % file:///tmp/2020-2-C2-somas-1.pdf % file:///tmp/pen/2020-2-C2-somas-1.pdf % http://angg.twu.net/LATEX/2020-2-C2-somas-1.pdf % (find-LATEX "2019.mk") % (find-CN-aula-links "2020-2-C2-somas-1" "2" "c2m202somas1" "c2m202s1") % «.video» (to "video") % % «.defs» (to "defs") % «.title» (to "title") % «.exercicio-1» (to "exercicio-1") % «.jeito-esperto» (to "jeito-esperto") % «.exercicios-2-e-3» (to "exercicios-2-e-3") % «.exercicio-4» (to "exercicio-4") % «.exercicio-5» (to "exercicio-5") % «.ponto-decimal» (to "ponto-decimal") % «.partition-sum» (to "partition-sum") % «.subst» (to "subst") % «.exercicio-6» (to "exercicio-6") % «.exercicio-9» (to "exercicio-9") % «.trapezios» (to "trapezios") % «.area-trapezio» (to "area-trapezio") % «.um-milhao-de-intervalos» (to "um-milhao-de-intervalos") % «video» (to ".video") % (c2m202somas1a "video") % Video: % (find-ssr-links "c2m202somas1" "2020.2-C2-somas-1" "bbZfQmtFCSw") % (code-eevvideo "c2m202somas1" "2020.2-C2-somas-1" "bbZfQmtFCSw") % (code-eevlinksvideo "c2m202somas1" "2020.2-C2-somas-1" "bbZfQmtFCSw") % (find-c2m202somas1video "0:00") % (find-c2m202somas1video "2:00" "esse limite envolve uma soma infinita de coisas") % (find-c2m202somas1video "2:30" "em quase todos os primeiros exemplos a f preferida") % (find-c2m202somas1video "4:00" "jeito esperto") \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/2020-2-C2.pdf} \def\drafturl{http://angg.twu.net/2020.2-C2.html} \def\draftfooter{\tiny \href{\drafturl}{\jobname{}} \ColorBrown{\shorttoday{} \hours}} % _____ _ _ _ % |_ _(_) |_| | ___ _ __ __ _ __ _ ___ % | | | | __| |/ _ \ | '_ \ / _` |/ _` |/ _ \ % | | | | |_| | __/ | |_) | (_| | (_| | __/ % |_| |_|\__|_|\___| | .__/ \__,_|\__, |\___| % |_| |___/ % % «title» (to ".title") % (c2m202somas1p 1 "title") % (c2m202somas1 "title") % % Aulas: % 2021feb04 thu turma E1 % 2021feb05 fri turma C1 \thispagestyle{empty} \begin{center} \vspace*{1.2cm} {\bf \Large Cálculo 2 - 2020.2} \bsk Aula 2: integrais como somas de retângulos (1) \bsk Eduardo Ochs - RCN/PURO/UFF \url{http://angg.twu.net/2020.2-C2.html} \end{center} \newpage {\bf Pra que a gente vai usar integrais e EDOs?} Pra ser bem honesto: 1. Pra passar em Cálculo 2 2. Em umas poucas matérias depois 3. Em quase nada depois que a gente crescer \msk MAAAAAS pra aprender a integrar e resolver EDOs nós vamos precisar aprender várias coisas que a gente vai usar zilhões de vezes depois do curso... e o que a gente vai ver hoje, que é {\sl como interpretar certos somatórios como áreas e como visualizar essas áreas}, vai ser incrivelmente útil depois. \newpage {\bf Algumas figuras} Dê uma olhada nas notas de aula da Cristiane Hernández, linkadas na página do curso... por exemplo, % (find-c2crishernandezpage (+ 10 2) "") % (find-latexgimp-links "2020-1-C2/area-hernandez-1") \includegraphics[width=8cm]{2020-1-C2/area-hernandez-1.png} \newpage % «exercicio-1» (to ".exercicio-1") % (c2m202somas1p 4 "exercicio-1") % (c2m202somas1 "exercicio-1") {\bf Nossa função preferida} Seja $f(x) = 4 - (x-2)^2$. Isto é uma parábola com a concavidade pra baixo. Verifique que: $f(0)=4-4=0$, $f(1)=4-1=3$, $f(2)=4-0=4$, $f(3)=4-1=3$, $f(4)=4-4=0$. \msk Além disso $f'(x) = -2(x-2)$, $f'(1)=2$, $f'(3)=-2$, e a reta tangente à curva $y=f(x)$ em $x=1$ tem coef.\ angular 2, e a reta tangente à curva $y=f(x)$ em $x=3$ tem coef.\ angular -2. \msk {\bf Exercício 1:} use estas informações para traçar o gráfico de $f(x)$ entre $x=0$ e $x=4$. \newpage % «jeito-esperto» (to ".jeito-esperto") % (c2m202somas1p 5 "jeito-esperto") % (c2m202somas1 "jeito-esperto") {\bf Dois jeitos de visualizar $(x,f(x))$} Jeito burro: Em $x=2.5$ temos $f(2.5) = 4 - (2.5-2)^2 = 4 - 0.5^2 = 4-0.25 = 3.75$. Encontre o ponto $y=3.75$ no eixo $y$. Desenhe o ponto $(2.5,3.75)$. \msk Jeito esperto/rápido: Encontre no eixo $x$ o ponto $x=2.5$. Suba esse ponto pra curva $y=f(x)$ -- você encontrou o ponto $(2.5,f(2.5))$! \newpage % «exercicios-2-e-3» (to ".exercicios-2-e-3") % (c2m202somas1p 6 "exercicios-2-e-3") % (c2m202somas1 "exercicios-2-e-3") {\bf Mais exercícios} {\bf Exercício 2.} Desenhe o gráfico da nossa função preferida (obs: sempre no intervalo entre $x=0$ e $x=4$!) e desenhe sobre ele o retângulo ``cuja área é $f(0.5)·(1.5-0.5)$''. Truque: isto é altura $·$ base, e a base vai de $x=0.5$ a $x=1.5$. \msk {\bf Exercício 3.} Desenhe em outro gráfico a nossa função preferida e sobre ela os retângulos da soma abaixo: $f(0.5)·(1.5-0.5) + f(1.5)·(2-1.5) + f(2)·(3-2) + f(3.5)(3.5-3)$ \newpage {\bf Partições} \ColorRed{Informalmente} uma partição de um intervalo $[a,b]$ é um modo de decompor $[a,b]$ em intervalos menores consecutivos. Por exemplo, % $$[2,7] = [2,3.5]∪[3.5,4]∪[4,6]∪[6,7]$$ A definição ``certa'' é mais complicada... vamos vê-la daqui a pouco. Caso geral: % $$[a,b] = [a_1,b_1]∪[a_2,b_2]∪\ldots∪[a_N,b_N],$$ onde: $N$ é o número de intervalos, $a=a_1$, $b=b_N$, (``extremidades'') $a_i<b_i$ para todo $i$ em que isto faz sentido ($i=1,\ldots,N$) $b_i=a_{i+1}$ para todo $i$ e.q.i.f.s.; neste caso, $i=1,\ldots,N-1$ \newpage % «exercicio-4» (to ".exercicio-4") % (c2m202somas1p 8 "exercicio-4") % (c2m202somas1 "exercicio-4") {\bf Partições (2)} Um jeito prático de definir uma partição é usando uma tabela. Por exemplo, esta tabela % $$\begin{array}{ccc} i & a_i & b_i \\\hline 1 & 2 & 3.5 \\ 2 & 3.5 & 4 \\ 3 & 4 & 6 \\ 4 & 6 & 7 \\ \end{array} $$ corresponde à partição de $[2,7]$ do slide anterior. {\bf Exercício 4.} Converta esta ``partição'' % $$[4,12] = [4,5]∪[5,6]∪[6,9]∪[9,10]∪[10,12]$$ numa tabela. Neste caso quem são $a$, $b$ e $N$? \newpage % «exercicio-5» (to ".exercicio-5") % (c2m202somas1p 9 "exercicio-5") % (c2m202somas1 "exercicio-5") {\bf Partições (3)} A definição \ColorRed{certa} de partição é a seguinte. Digamos que $P$ seja um subconjunto não-vazio e finito de $\R$, e que o menor elemento de $P$ seja $a$ e o maior seja $b$. Então $P$ é uma \ColorRed{partição} do intervalo $[a,b]$. \msk Exemplo: a partição $P=\{2,3.5,4,6,7\}$ corresponde a: % $$[2,7] = [2,3.5]∪[3.5,4]∪[4,6]∪[6,7]$$ Pra fazer a tradução ponha os elementos de $P$ em ordem e chame-os de $b_0,\ldots,b_N$; defina cada $a_i$ como sendo $b_{i-1}$ -- por exemplo, $a_1 = b_0$ -- e encontre $a$, $b$, e $N$. \msk {\bf Exercício 5.} Converta a partição $P=\{2.5,3,4,6,10\}$ para o formato tabela e para o formato $[a,b] = [a_1,b_1]∪\ldots∪[a_N,b_N].$ % «ponto-decimal» (to ".ponto-decimal") % Ah, obs, repara que eu vou usar a convencao internacional e vou % sempre escrever "1.5" ao inves de "1,5" - e recomendo que voces usem % ela tambem pra gente poder usar a virgula pra outras coisas. Por % exemplo, na pagina 9 temos P = {2, 3.5, 4, 6, 7}, e se a gente % escrever "3,5" ao inves de "3.5" vamos ter que usar ";"s como % separadores entres os numeros... \newpage % «partition-sum» (to ".partition-sum") % (c2m202somas1p 10 "partition-sum") % (c2m202somas1 "partition-sum") {\bf Partições definem muitas coisas implicitamente} Quando dizemos algo como ``Seja $P$ a partição $\{2.5,4,6\}$'' estamos criando um contexto no qual há uma partição ``default'' definida... e neste contexto vamos ter valores definidos para $N$, $a$, $b$, e para cada $a_i$ e $b_i$. Por exemplo... \msk Seja $P$ a partição $\{2.5,4,6\}$. Então % $$\begin{array}{rcl} \sum_{i=1}^N f(b_i)·(b_i-a_i) &=& \sum_{i=1}^2 f(b_i)·(b_i-a_i) \\ &=& f(b_1)·(b_1-a_1) + f(b_2)·(b_2-a_2) \\ &=& f(4)·(4-2.5) + f(6)·(6-4) \\ \end{array} $$ \newpage % «subst» (to ".subst") % (c2m202somas1p 11 "subst") % (c2m202somas1 "subst") Note que a expressão $\sum_{i=a}^b \mathsf{expr}$ quer dizer ``some várias cópias da expressão $\mathsf{expr}$, a primeira com $i$ substituido por $a$, a segunda com $i$ substituido por $a+1$, etc etc, até a cópia com $i$ substituido por $b$''... Se você tiver dificuldade pra interpretar alguma expressão com somatórios você pode calculá-la beeem passo a passo usando a operação `$[:=]$' da aula passada. Por exemplo: % $$\scalebox{0.90}{$ \begin{array}{rcl} \sum_{i=4}^7 f(b_i)·(b_i-a_i) &=& (f(b_i)·(b_i-a_i))[i:=4] \\ &+& (f(b_i)·(b_i-a_i))[i:=5] \\ &+& (f(b_i)·(b_i-a_i))[i:=6] \\ &+& (f(b_i)·(b_i-a_i))[i:=7] \\[5pt] &=& f(b_4)·(b_4-a_4) \\ &+& f(b_5)·(b_5-a_5) \\ &+& f(b_6)·(b_6-a_6) \\ &+& f(b_7)·(b_7-a_7) \\[5pt] &=& \ldots \\ \end{array} $} $$ \newpage % «exercicio-6» (to ".exercicio-6") % (c2m202somas1p 12 "exercicio-6") % (c2m202somas1 "exercicio-6") {\bf Alguns exercícios de visualizar somas de retângulos...} \ssk {\bf Exercício 6.} Seja $f$ a nossa função preferida e seja $P$ a partição $\{0.5,1,2,2.5\}$. Represente num gráfico só a curva $y=f(x)$ e os retângulos da soma $\sum_{i=1}^N f(b_i)·(b_i-a_i)$. \msk {\bf Exercício 7.} Seja $f$ a nossa função preferida e seja $P$ a mesma partição que no exercício anterior. Represente num gráfico só -- separado do gráfico do exercício anterior!!! -- a curva $y=f(x)$ e os retângulos da soma $\sum_{i=1}^N f(a_i)·(b_i-a_i)$. \msk {\bf Exercício 8.} Usando a mesma função $f$ e a mesma partição $P$ dos exercícios anteriores, represente num outro gráfico a curva $y=f(x)$ e os retângulos da soma $\sum_{i=1}^N f(\frac{a_i+b_i}{2})·(b_i-a_i)$. Repare que $\frac{a_i+b_i}{2}$ é o ponto médio do intervalo $[a_i,b_i]$, e é fácil encontrar pontos médios no olhômetro. \newpage % «exercicio-9» (to ".exercicio-9") % (c2m202somas1p 13 "exercicio-9") % (c2m202somas1 "exercicio-9") {\bf Agora comparando com a Wikipedia} \msk {\bf Exercício 9.} Dê uma olhada na página \ssk \url{https://pt.wikipedia.org/wiki/Soma_de_Riemann} \ssk da Wikipedia. Vamos tentar entender alguns pedaços dela. Seja $P$ a ``partição do intervalo $[0,3]$ em 6 subintervalos iguais''. Tem um ponto em que a página da Wikipedia diz: ``os pontos da partição serão...'' -- entenda as definições dela, descubra quem é $Δx$ neste caso, e escreva quais são os pontos desta partição na linguagem da página da Wikipedia e na linguagem que eu usei nos slides. Expanda a fórmula da página da Wikipedia para a ``soma média'' neste caso. Expanda também a nossa fórmula $\sum_{i=1}^N f(\frac{a_i+b_i}{2})·(b_i-a_i)$ e compare as duas expansões. \msk (Vamos ver o que são ``ínfimos'' e ``supremos'' na aula que vem) \newpage % «trapezios» (to ".trapezios") % (c2m202somas1p 10 "trapezios") % (c2m202somas1 "trapezios") {\bf Trapézios} Tem dois modos diferentes da gente interpretar geometricamente $\frac{f(a)+f(b)}{2} (b-a)$: \msk 1) como um retângulo de altura $\frac{f(a)+f(b)}{2}$, ou 2) como um trapézio com vértices % $$(a,0), (b,0), (b,f(b)), (a,f(a))$$. {\bf Exercício 10.} Sejam $f$ a nossa função preferida e $P$ a partição $\{0,1,2\}$. Desenhe num gráfico só a curva $y=f(x)$ e os trapézios da soma: % $$\sum_{i=1}^N \frac{f(a_i)+f(b_i)}{2} (b_i-a_i)$$ (Veja as figuras da ``Regra Trapezoidal'' na página da Wikipedia) \newpage % «area-trapezio» (to ".area-trapezio") % (c2m202somas1p 15 "area-trapezio") % (c2m202somas1 "area-trapezio") % Mathologer: % Gauss's magic shoelace area formula and its calculus companion % https://www.youtube.com/watch?v=0KjG8Pg6LGk Umas figuras pra pra quem não lembra de como transformar um trapézio num retângulo com a mesma área que ele por cortar-e-colar... \msk % (find-latexscan-links "C2" "20210205_trapezios_1") % (find-xpdf-page "~/LATEX/2020-2-C2/20210205_trapezios_1.pdf") \includegraphics[height=6cm]{2020-2-C2/20210205_trapezios_1.pdf} \newpage % (find-latexscan-links "C2" "20210205_trapezios_3") % (find-xpdf-page "~/LATEX/2020-2-C2/20210205_trapezios_3.pdf") \includegraphics[height=5.5cm]{2020-2-C2/20210205_trapezios_3.pdf} % «um-milhao-de-intervalos» (to ".um-milhao-de-intervalos") % Tenta aprender a nao fazer as contas... se voce fizer tudo pelas % contas voce vai demorar muito mais e nao vai descobrir um monte de % truques importantes que a gente so' descobre se a gente tenta % aprender a visualizar tudo geometricamente... % Acho que eu tenho um exemplo bom. % Num dos primeiros slides eu usei uma figura copiada das notas da % Cristiane Hernandez em que ela usa uma particao com 7 intervalos - % ela ate' escreveu do lado "n=7"... % Daqui a pouco a gente vai ter que usar figuras - que a gente nao vai % poder desenhar explicitamente com todos os detalhes - com 10 % intervalos, ou 100, ou 1000, ou um milhao de intervalos % Se voce aprender a visualizar tudo sem contas voce vai conseguir % visualizar a figura com um milhao de intervalos em poucos segundos. % E se voce tiver que fazer as contas pra um milhao de intervalos voce % vai gastar um tempo que a gente nao tem =( %\printbibliography \GenericWarning{Success:}{Success!!!} % Used by `M-x cv' \end{document} % ____ _ _ % | _ \(_)_ ___ _(_)_______ % | | | | \ \ / / | | | |_ / _ \ % | |_| | |\ V /| |_| | |/ / __/ % |____// | \_/ \__,_|_/___\___| % |__/ % % «djvuize» (to ".djvuize") % (find-LATEXgrep "grep --color -nH --null -e djvuize 2020-1*.tex") % (find-LATEX "2020-2-CN-template.tex" "djvuize") % (find-CN-aula-links "2020-2-C2-somas-1" "2" "c2m202somas1" "c2m202s1") * (eepitch-shell) * (eepitch-kill) * (eepitch-shell) # (find-fline "~/2020.2-C2/") # (find-fline "~/LATEX/2020-2-C2/") # (find-fline "~/bin/djvuize") cd /tmp/ for i in *.jpg; do echo f $(basename $i .jpg); done f () { rm -fv $1.png $1.pdf; djvuize $1.pdf } f () { rm -fv $1.png $1.pdf; djvuize WHITEBOARDOPTS="-m 1.0" $1.pdf; xpdf $1.pdf } f () { rm -fv $1.png $1.pdf; djvuize WHITEBOARDOPTS="-m 0.5" $1.pdf; xpdf $1.pdf } f () { rm -fv $1.png $1.pdf; djvuize WHITEBOARDOPTS="-m 0.25" $1.pdf; xpdf $1.pdf } f () { cp -fv $1.png $1.pdf ~/2020.2-C2/ cp -fv $1.pdf ~/LATEX/2020-2-C2/ cat <<%%% % (find-latexscan-links "C2" "$1") %%% } f 20210205_trapezios_1 f 20210205_trapezios_3 f 20201213_area_em_funcao_de_theta f 20201213_area_em_funcao_de_x f 20201213_area_fatias_pizza f 20201213_area_em_funcao_de_theta f 20201213_area_em_funcao_de_x f 20201213_area_fatias_pizza * (eepitch-shell) * (eepitch-kill) * (eepitch-shell) # (find-fline "~/2020.2-C2/") # (find-fline "~/LATEX/2020-2-C2/") # (find-fline "~/bin/djvuize") cd ~/2020.1-C2/ rm -v 20201112_C2_fracoes_parciais*.png rm -v 20201112_C2_fracoes_parciais*.pdf f () { djvuize WHITEBOARDOPTS="-m 0.5" $* } f 20201112_C2_fracoes_parciais_1.pdf f 20201112_C2_fracoes_parciais_2.pdf f 20201112_C2_fracoes_parciais_3.pdf f 20201112_C2_fracoes_parciais_4.pdf cd ~/2020.1-C2/ f () { djvuize WHITEBOARDOPTS="-m 0.5" $* } rm -v 20201118_C2_div_com_resto*.png rm -v 20201118_C2_div_com_resto*.pdf f 20201118_C2_div_com_resto_1.pdf f 20201118_C2_div_com_resto_2.pdf f 20201118_C2_div_com_resto_3.pdf f 20201119_C2_div_com_resto_4.pdf % __ __ _ % | \/ | __ _| | _____ % | |\/| |/ _` | |/ / _ \ % | | | | (_| | < __/ % |_| |_|\__,_|_|\_\___| % % <make> * (eepitch-shell) * (eepitch-kill) * (eepitch-shell) # (find-LATEXfile "2019planar-has-1.mk") make -f 2019.mk STEM=2020-2-C2-somas-1 veryclean make -f 2019.mk STEM=2020-2-C2-somas-1 pdf % Local Variables: % coding: utf-8-unix % ee-tla: "c2m202somas1" % End: