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% (find-LATEX "2021-1-C3-funcoes-quadraticas.tex") % (defun c () (interactive) (find-LATEXsh "lualatex -record 2021-1-C3-funcoes-quadraticas.tex" :end)) % (defun C () (interactive) (find-LATEXsh "lualatex 2021-1-C3-funcoes-quadraticas.tex" "Success!!!")) % (defun D () (interactive) (find-pdf-page "~/LATEX/2021-1-C3-funcoes-quadraticas.pdf")) % (defun d () (interactive) (find-pdftools-page "~/LATEX/2021-1-C3-funcoes-quadraticas.pdf")) % (defun e () (interactive) (find-LATEX "2021-1-C3-funcoes-quadraticas.tex")) % (defun o () (interactive) (find-LATEX "2021-1-C3-funcoes-quadraticas.tex")) % (defun l () (interactive) (find-LATEX "2021-1-C3-3D.lua")) % (defun u () (interactive) (find-latex-upload-links "2021-1-C3-funcoes-quadraticas")) % (defun v () (interactive) (find-2a '(e) '(d))) % (defun d0 () (interactive) (find-ebuffer "2021-1-C3-funcoes-quadraticas.pdf")) % (defun cv () (interactive) (C) (ee-kill-this-buffer) (v) (g)) % (code-eec-LATEX "2021-1-C3-funcoes-quadraticas") % (find-pdf-page "~/LATEX/2021-1-C3-funcoes-quadraticas.pdf") % (find-sh0 "cp -v ~/LATEX/2021-1-C3-funcoes-quadraticas.pdf /tmp/") % (find-sh0 "cp -v ~/LATEX/2021-1-C3-funcoes-quadraticas.pdf /tmp/pen/") % (find-xournalpp "/tmp/2021-1-C3-funcoes-quadraticas.pdf") % file:///home/edrx/LATEX/2021-1-C3-funcoes-quadraticas.pdf % file:///tmp/2021-1-C3-funcoes-quadraticas.pdf % file:///tmp/pen/2021-1-C3-funcoes-quadraticas.pdf % http://angg.twu.net/LATEX/2021-1-C3-funcoes-quadraticas.pdf % (find-LATEX "2019.mk") % (find-CN-aula-links "2021-1-C3-funcoes-quadraticas" "3" "c3m211q" "c3q") % «.video-1» (to "video-1") % «.video-2» (to "video-2") % «.video-3» (to "video-3") % «.video-4» (to "video-4") % «.video-5» (to "video-5") % «.video-6» (to "video-6") % % «.defs» (to "defs") % «.title» (to "title") % «.point-of-view» (to "point-of-view") % «.figuras-3D» (to "figuras-3D") % «.exercicio-1» (to "exercicio-1") % «.exercicio-2» (to "exercicio-2") % «.exercicio-3» (to "exercicio-3") % «.exercicio-4» 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(find-c3m211qvideo "0:00" "11/ago/2021: aula 17: algumas funções quadráticas") % (find-c3m211qvideo "0:45" "derivadas parciais") % (find-c3m211qvideo "1:07" "plano tangente é uma aproximação de 1ª ordem") % (find-c3m211qvideo "2:20" "a gente vai usar essa equação aqui pra superfície") % (find-c3m211qvideo "3:22" "termos de grau 0, 1 e 2") % (find-c3m211qvideo "4:05" "figuras") % (find-c3m211qvideo "4:25" "x0 e y0") % (find-c3m211qvideo "4:55" "pilares") % (find-c3m211qvideo "5:59" "Delta x = 1") % (find-c3m211qvideo "6:13" "x1 e Delta x") % (find-c3m211qvideo "7:30" "2 + (Delta x)^2") % (find-c3m211qvideo "8:04" "parecidos mas com y") % (find-c3m211qvideo "10:07" "numerozinhos") % (find-c3m211qvideo "11:20" "Exercício 1: faça os diagramas de numerozinhos") % (find-c3m211qvideo "11:58" "x0-1, x0, x0+1, y0-1, y0, y0+1") % (find-c3m211qvideo "12:15" "a gente só tá interessado nesses pontos aqui") % (find-c3m211qvideo "12:50" "Δx=-1, Δx=0, Δx=1, Δy=-1, Δy=0, Δy=1") % (find-c3m211qvideo "13:30" "9 numerozinhos") % «video-2» (to ".video-2") % (c3m211qa "video-2") % (find-ssr-links "c3m211q2" "2021-1-C3-funcoes-quadraticas-2" "noVh-RsK5Jo") % (code-eevvideo "c3m211q2" "2021-1-C3-funcoes-quadraticas-2" "noVh-RsK5Jo") % (code-eevlinksvideo "c3m211q2" "2021-1-C3-funcoes-quadraticas-2" "noVh-RsK5Jo") % (find-c3m211q2video "0:00") % (find-c3m211q2video "0:00" "11/ago/2021: aula 17: algumas funções quadráticas, video 2") % (find-c3m211q2video "0:23" "sinal da funcao") % (find-c3m211q2video "1:36" "produto") % (find-c3m211q2video "2:30" "a gente só tá interessado nessa região") % (find-c3m211q2video "2:53" "em torno do ponto (x0,y0)") % (find-c3m211q2video "3:05" "x nesse intervalo, y nesse") % (find-c3m211q2video "3:29" "façam o diagrama de sinais") % (find-c3m211q2video "4:28" "o diagrama de sinais do (a)") % (find-c3m211q2video "4:56" "o diagrama de sinais do (a), mais compa") % (find-c3m211q2video "5:16" "o diagrama de sinais do (b)") % (find-c3m211q2video "5:23" "compara com essas figuras daqui - todas tem o +2") % (find-c3m211q2video "5:58" "aqui ficou positivo também") % (find-c3m211q2video "6:09" "combinar diagramas") % (find-c3m211q2video "6:17" "onde é que Δy é 0?") % (find-c3m211q2video "6:27" "quando eu combinar os dois no item d") % (find-c3m211q2video "7:14" "wikipedia: quadric") % «video-3» (to ".video-3") % (c3m211qa "video-3") % (find-ssr-links "c3m211q3" "2021-1-C3-funcoes-quadraticas-3" "VwowES6EM3Y") % (code-eevvideo "c3m211q3" "2021-1-C3-funcoes-quadraticas-3" "VwowES6EM3Y") % (code-eevlinksvideo "c3m211q3" "2021-1-C3-funcoes-quadraticas-3" "VwowES6EM3Y") % (find-c3m211q3video "0:00") % (find-c3m211q3video "0:00" "13/agosto: aula 17: algumas funções quadráticas") % (find-c3m211q3video "6:45" "os pontos (x,y) estão andando pra cá") % «video-4» (to ".video-4") % (c3m211qa "video-4") % (find-ssr-links "c3m211q4" "2021-1-C3-funcoes-quadraticas-4" "d0fnURoPI9Q") % (code-eevvideo "c3m211q4" "2021-1-C3-funcoes-quadraticas-4" "d0fnURoPI9Q") % (code-eevlinksvideo "c3m211q4" "2021-1-C3-funcoes-quadraticas-4" "d0fnURoPI9Q") % (find-c3m211q4video "0:00") % (find-c3m211q4video "0:00" "20/ago/2021 - Thompson/Gardner") % (find-c3m211q4video "15:00" "and this relation is called a function") % (find-c3m211q4video "17:05" "dependent variable") % (find-c3m211q4video "19:03" "the existence of a function ... F(x,y,z)") % (find-c3m211q4video "20:10" "fails the vertical line test") % (find-c3m211q4video "21:03" "useful dodge") % (find-c3m211q4video "22:10" "derivada da função inversa - e como traduz") % «video-5» (to ".video-5") % (c3m211qa "video-5") % (find-ssr-links "c3m211q5" "2021-1-C3-funcoes-quadraticas-5" "Ubc7wXK22fM") % (code-eevvideo "c3m211q5" "2021-1-C3-funcoes-quadraticas-5" "Ubc7wXK22fM") % (code-eevlinksvideo "c3m211q5" "2021-1-C3-funcoes-quadraticas-5" "Ubc7wXK22fM") % (find-c3m211q5video "0:00") % (find-c3m211q5video "0:00" "20/ago/2021 - sobre o exercício 6") % «video-6» (to ".video-6") % (c3m211qa "video-6") % (find-ssr-links "c3m211q6" "2021-1-C3-funcoes-quadraticas-6" "B0ryTOu_wC0") % (code-eevvideo "c3m211q6" "2021-1-C3-funcoes-quadraticas-6" "B0ryTOu_wC0") % (code-eevlinksvideo "c3m211q6" "2021-1-C3-funcoes-quadraticas-6" "B0ryTOu_wC0") % (find-c3m211q6video "0:00") % (find-c3m211q6video "0:00" "20/ago/2021 - derivadas direcionais") \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{edrx21} % (find-LATEX "edrx21.sty") \input edrxaccents.tex % (find-LATEX "edrxaccents.tex") \input edrx21chars.tex % (find-LATEX "edrx21chars.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") %L dofile "2021-1-C3-3D.lua" -- (find-LATEX "2021-1-C3-3D.lua") %L %L V3.__index.tostring = function (v) return v:v2string() end \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\ColorOrange#1{{\color{orange}#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\D {\displaystyle} \def\thompsonpage#1{{\scriptsize \url{https://www.gutenberg.org/files/33283/33283-pdf.pdf\#page=#1} }} \def\pictgray#1{{\color{GrayPale}\linethickness{0.3pt}#1}} \def\drafturl{http://angg.twu.net/LATEX/2021-1-C3.pdf} \def\drafturl{http://angg.twu.net/2021.1-C3.html} \def\draftfooter{\tiny \href{\drafturl}{\jobname{}} \ColorBrown{\shorttoday{} \hours}} % _____ _ _ _ % |_ _(_) |_| | ___ _ __ __ _ __ _ ___ % | | | | __| |/ _ \ | '_ \ / _` |/ _` |/ _ \ % | | | | |_| | __/ | |_) | (_| | (_| | __/ % |_| |_|\__|_|\___| | .__/ \__,_|\__, |\___| % |_| |___/ % % «title» (to ".title") % (c3m211qp 1 "title") % (c3m211qa "title") \thispagestyle{empty} \begin{center} \vspace*{1.2cm} {\bf \Large Cálculo 3 - 2021.1} \bsk Aula 17: algumas funções quadráticas \bsk Eduardo Ochs - RCN/PURO/UFF \url{http://angg.twu.net/2021.1-C3.html} \end{center} \newpage {\bf Introdução} Nós começamos a ver como pegar uma superfície e um ponto dela e aí obter um plano tangente a essa superfície nesse ponto, e começamos a ver qual é a relação disso com derivadas parciais... \msk Um plano tangente é uma {\sl aproximação de 1ª ordem}. Nestes exercícios vamos ver um pouco sobre aproximações de 2ª ordem --- mas só o suficiente pra gente ter mais motivação pra ``notação de físicos'' e pra gente aprender a visualizar o que certas contas importantes querem dizer. \msk O que a gente vai ver aqui tem muito a ver com as superfícies quádricas que costumam ser vistas rapinho no final do curso de GA, mas vamos usar alguns truques pro nosso ponto base não precisar ser o zero. Veja as figuras 3D daqui... \msk {\scriptsize \url{https://en.wikipedia.org/wiki/Quadric} } \newpage % {\bf A equação da superfície} % % Nós vamos usar esta equação pra nossa superfície: % % % $$\begin{array}{rcl} % z &=& z(x,y) \\ % &=& z(x_1,y_1) \\ % &=& a + b·(x_1-x_0) + c·(y_1-y_0) \\ % &+& d·(x_1-x_0)^2 + e·(x_1-x_0)(y_1-y_0) \\ % &+& f·(y_1-y_0)^2 \\ % &=& a + bΔx + cΔy + dΔx^2 + eΔxΔy + fΔy^2 \\ % \end{array} % $$ % % Repare que vamos usar $x=x_1$ e $y=y_1$ pra podermos % % usar as convenções $Δx=x_1-x_0$ e $Δy=y_1-y_0$ sem % % precisamos definir nada extra. % % \msk % % Nas figuras dos próximos slides vamos sempre usar % % $x_0=3$ e $y_0=2$. \newpage % «point-of-view» (to ".point-of-view") % (c3m211qp 4 "point-of-view") % (c3m211qa "point-of-view") % (find-LATEX "2021-1-C3-3D.lua" "QuadraticFunction-tests") %L %L V3.__index.p1 = V{2, -0.5} %L V3.__index.p2 = V{1, 1.5} %L V3.__index.p3 = V{0, 2} %L %L V3.__index.p1 = V{2, -0.5} %L V3.__index.p2 = V{0.5, 1.7} %L V3.__index.p3 = V{0, 0.5} %L %L setsrf = function (tbl) %L tbl.x0 = 3 %L tbl.y0 = 2 %L qf = QuadraticFunction(tbl) %L srf = Surface.new(qf, 3, 2) %L end \pu \def\setsrf#1{\directlua{setsrf({#1})}} \def\QuadraticInPerspective#1{ \myvcenter{ \beginpicture(0,-3)(10,6) \pictgray{\expr{v3():xygrid(4,3) }} \expr {v3():axeswithticks(4,3,3) } \expr {#1:diagonals(8, "c") } \expr {#1:square (8, "0") } \pictgray{\expr{#1:square (2, "p") }} \expr {#1:square (8, "c") } \end{picture}}} % ---------------------------------------- % % «figuras-3D» (to ".figuras-3D") % % (c3m211qp 4 "figuras-3D") % % (c3m211qa "figuras-3D") % % \unitlength=8pt % % \def\QP#1#2{ % \begin{array}{c} % \setsrf {#1} % \QuadraticInPerspective{srf} \\ % #2 % \end{array} % } % % \pu % % $$\begin{array}{c} % \QP {a=2} {z = 2} % \quad % \QP {a=2, Dx=1} {z = 2+Δx} % \quad % \QP {a=2, Dxx=1} {z = 2+Δx^2} % \\ % \\ % \QP {a=2} {z = 2} % \quad % \QP {a=2, Dy=1} {z = 2+Δy} % \quad % \QP {a=2, Dyy=1} {z = 2+Δy^2} % \end{array} % $$ % % % \newpage % % $$\begin{array}{c} % \QP {a=2, Dx=1, Dy=1} {z = 2 + (Δx + Δy)} % \quad % \QP {a=2, Dxx=1, Dyy=1, Dxy=2} {z = 2 + (Δx + Δy)^2} % \\ % \\ % \QP {a=2, Dx=-1, Dy=1} {z = 2 + (Δy - Δx)} % \quad % \QP {a=2, Dxx=1, Dyy=1, Dxy=-2} {z = 2 + (Δy - Δx)^2} % \end{array} % $$ % % % \newpage % % % «exercicio-1» (to ".exercicio-1") % % (c3m211qp 6 "exercicio-1") % % (c3m211qa "exercicio-1") % % {\bf Exercício 1.} % % Faça o diagram de numerozinhos de cada uma das superfícies % % abaixo. Considere que os pontos que nos interessam são só % % os em que $x∈\{x_0-1, x_0, x_0+1\}$ e $y∈\{x_0-1, x_0, x_0+1\}$. % % Veja o vídeo pra entender! % % \msk % % \begin{tabular}[t]{l} % a) $z = 2$ \\ % b) $z = x$ \\ % c) $z = Δx$ \\ % d) $z = Δx^2$ \\ % e) $z = Δx^2 + 2$ \\ % \end{tabular} % \msk % \begin{tabular}[t]{l} % f) $z = y$ \\ % g) $z = Δy$ \\ % h) $z = Δy^2$ \\ % i) $z = Δy^2 + 2$ \\ % j) $z = Δx^2+Δy^2$ \\ % k) $z = Δx^2+Δy^2 + 2$ \\ % \end{tabular} % \msk % \begin{tabular}[t]{l} % l) $z = Δx+Δy$ \\ % m) $z = (Δx+Δy)^2$ \\ % n) $z = (Δx+Δy)^2 + 2$ \\ % \end{tabular} % % \newpage % % % «exercicio-2» (to ".exercicio-2") % % (c3m211qp 7 "exercicio-2") % % (c3m211qa "exercicio-2") % % {\bf Exercício 2.} % % Relembre o que era o ``estudo do sinal de uma função'' % % que você deve ter visto em Cálculo 1, e faça um diagramas % % indicando em que intervalos cada uma das funções abaixo % % é positiva, negativa, ou zero. % % (Veja o segundo vídeo!) % % \msk % % a) $x$ % % b) $x+1$ % % c) $x(x+1)$ % % d) $4-x$ % % e) $x(x+1)(4-x)$ % % \newpage % % % «exercicio-3» (to ".exercicio-3") % % (c3m211qp 8 "exercicio-3") % % (c3m211qa "exercicio-3") % % {\bf Exercício 3.} % % Agora adapte essa idéia do diagrama do sinal para $\R^2$, % % no quadrado com $x∈[x_0-1,x_0+1]$ e $y∈[y_0-1,y_0+1]$, % % e faça o diagrama do sinal para cada uma das funções abaixo. % % Veja o segundo vídeo pra explicações e exemplos! % % \msk % % \begin{tabular}[t]{l} % a) $Δx$ \\ % b) $Δx^2$ \\ % c) $Δy$ \\ % d) $ΔxΔy$ \\ % e) $Δx+Δy$ \\ % f) $Δx-Δy$ \\ % g) $(Δx+Δy)^2$ \\ % h) $(Δx-Δy)^2$ \\ % \end{tabular} % \quad % \begin{tabular}[t]{l} % i) $(Δx+Δy)(Δx-Δy)$ \\ % j) $(Δx+Δy)Δx$ \\ % k) $-(Δx+Δy)^2$ \\ % \end{tabular} % % % \newpage % % % «exercicio-4» (to ".exercicio-4") % % (c3m211qp 9 "exercicio-4") % % (c3m211qa "exercicio-4") % % {\bf Exercício 4.} % % A partir de agora vamos considerar que: % % % $$\begin{array}{rcl} % x &=& x(t) \\ % &=& x(t_1) \\ % &=& x_0 + α·(t_1-t_0) \\ % &=& x_0 + αΔt \\ % y &=& y(t) \\ % &=& y(t_1) \\ % &=& y_0 + β·(t_1-t_0) \\ % &=& y_0 + βΔt \\ % \end{array} % $$ % % Onde $t_0=5$; $x_0$ e $y_0$ continuam os mesmos de antes, % % e $α$ e $β$ são constantes cujos valores podem depender % % do contexto. \newpage {\bf Exercício 4 (cont.)} A trajetória $(x(t), y(t))$ é sempre um movimento retilíneo uniforme pra quaisquer valores de $α$ e $β$. \ssk a) Calcule $\VEC{x_t, y_t}$. \bsk Cada escolha de valores para $α$ e $β$ dá uma trajetória diferente. Nos itens abaixo você vai visualizar algumas dessas trajetórias e vai desenhá-las no papel --- desta forma aqui: você vai marcar no plano os pontos $(x(t_0+Δt), y(t_0+Δt))$ para $Δt=-1,0,1$, vai escrever ``$Δt=-1$'', ``$Δt=0$'' e ``$Δt=1$'' do lado dos pontos correspondentes a esses valores de $Δt$, e ao lado de cada desenho você vai escrever os valores de $α$ e $β$. \msk b) Desenhe a trajetória associada a $α=1$, $β=0$. c) Desenhe a trajetória associada a $α=0$, $β=1$. \newpage {\bf Exercício 4 (cont.)} ...e além disso você vai escrever algo como ``Leste'' (ou ``E''), ``Noroeste'' (ou ``NW'') do lado de cada um dos seus desenhos de trajetórias pra indicar em que direção o ponto $(x,y)$ está andando. Use a convenção que costuma ser usada em mapas, matemática e videogames, em que o Leste é pra direita e o Norte é pra cima: % % (find-latexscan-links "C3" "20210813_direcoes") % (find-xpdf-page "~/LATEX/2021-1-C3/20210813_direcoes.pdf") $$\includegraphics[height=3.5cm]{2021-1-C3/20210813_direcoes.pdf} $$ \newpage {\bf Exercício 4 (cont.)} \ssk d) Desenhe a trajetória associada a $α=0$, $β=-1$ e diga o nome da direção dela. \ssk e) Desenhe a trajetória associada a $α=-1$, $β=1$. e diga o nome da direção dela. \ssk f) Quais são os valores mais simples de $α$ e $β$ --- onde ``simples'' quer dizer ``$0$, $1$ ou $-1$'' --- que fazem a trajetória ir pro nordeste? E pro sudoeste? \bsk \bsk Nos próximos exercícios eu vou me referir a essas trajetórias em que $α$ e $β$ são números ``simples'' pelos \ColorRed{nomes das direções} delas. \newpage % «zt-e-ztt-intro» (to ".zt-e-ztt-intro") % (c3m211qp 13 "zt-e-ztt-intro") % (c3m211qa "zt-e-ztt-intro") {\bf O significado geométrico de $z_t$} Nós sabemos calcular $z$, $z_t$ e $z_{tt}$ a partir de $t$, e sabemos calcular $z$, $z_t$ e $z_{tt}$ em $t_0$. \ssk Com um pouquinho de esforço você deve ser capaz de visualizar o que acontece perto de $t_0$... o valor da primeira derivada, $(z_t)(t_0)$, diz o seguinte: \def\LR{$\Longleftrightarrow$} \msk \begin{tabular}{lll} $z$ aumenta quando $t$ aumenta (``crescente'') &\LR& $(z_t)(t_0)>0$ \\ $z$ ``fica horizontal'' quando $t$ aumenta &\LR& $(z_t)(t_0)=0$ \\ $z$ diminui quando $t$ aumenta (``decrescente'') &\LR& $(z_t)(t_0)<0$ \\ \end{tabular} \bsk \bsk \ColorRed{ Veja o vídeo!!! } \ssk {\footnotesize \url{http://angg.twu.net/eev-videos/2021-1-C3-funcoes-quadraticas-3.mp4} \url{https://www.youtube.com/watch?v=VwowES6EM3Y} } \newpage {\bf O significado geométrico de $z_{tt}$} Nos casos em que $z$ ``fica horizontal'' nós vamos usar a segunda derivada, $(z_{tt})(t_0)$, pra ver se o gráfico de $z(t)$ ``parece uma parábola'' ao redor de $t_0$, e se essa parábola tem concavidade pra cima ou pra baixo: \msk \begin{tabular}{lll} concavidade pra cima &\LR& $(z_{tt})(t_0)>0$ \\ ``parece horizontal'' &\LR& $(z_{tt})(t_0)=0$ \\ concavidade pra baixo &\LR& $(z_{tt})(t_0)<0$ \\ \end{tabular} \bsk Eu usei muitos termos informais de propósito. No \ColorRed{próximo exercício} você vai tentar descobrir \ColorRed{sem fazer contas} qual é o comportamento da $z$ em torno de $t_0$, e no \ColorRed{outro exercício} você vai \ColorRed{fazer as contas} e vai ver se o seu olhômetro funcionou direito. \newpage % «exercicio-5» (to ".exercicio-5") % (c3m211qp 15 "exercicio-5") % (c3m211qa "exercicio-5") {\bf Exercício 5.} \unitlength=20pt Em cada um dos desenhos dos próximos slides diga o que acontece quando a trajetória $(x(t),y(t))$ anda em uma das oito direções simples, que são: \msk norte, nordeste, leste, sudeste, sul, sudoeste, oeste, noroeste. \bsk Use estas categorias na suas respostas: \msk $z$ cresce $z$ decresce $z$ faz uma parábola com concavidade pra cima $z$ faz uma parábola com concavidade pra baixo $z$ é ``muito horizontal'' %L qf = QuadraticFunction {x0=3, y0=2, a=2, Dx=0, Dy=0, Dxx=1, Dyy=1, Dxy=0} %L srf = Surface.new(qf, 3, 2) \pu $$\QuadraticInPerspective{srf} $$ \newpage %L qf = QuadraticFunction {x0=3, y0=2, a=2, Dx=0, Dy=0, Dxx=1, Dyy=-1, Dxy=0} %L srf = Surface.new(qf, 3, 2) \pu $$\QuadraticInPerspective{srf} $$ \newpage % «ztt-matematicos» (to ".ztt-matematicos") % (c3m211qp 18 "ztt-matematicos") % (c3m211qa "ztt-matematicos") % (find-books "__analysis/__analysis.el" "thomas") % (find-books "__analysis/__analysis.el" "thomas" "3 Differentiation") {\bf Calculando $z_{tt}$ em ``notação de matemáticos''} \ssk Lembre que: \msk \begin{tabular}{rl} 1) & estamos usando $z=z(x,y)$, $x=x(t)$ e $y=y(t)$, \\ 2) & matemáticos odeiam usar os mesmos nomes pra \\ & variáveis e pra funções, \\ 3) & pra traduzir $z=z(x,y)$, $x=x(t)$ e $y=y(t)$ pra \\ & notação de matemáticos vamos ter que \ColorRed{escolher} nomes \\ & pra ``função $x$'', pra ``função $y$'' e pra ``função $z$'', \\ % & \\ 4) & $z(x,y)$ é uma função de dois argumentos e \\ & $z(t) = z(x(t),y(t))$ é uma \ColorRed{outra} função, de um \\ & argumento só, \\ 5) & se você quer ser entendido faça as suas definições \\ & explicitamente, se possível usando ``seja''s e \\ & ``digamos que''s... \\ \end{tabular} \newpage % «ztt-matematicos-2» (to ".ztt-matematicos-2") % (c3m211qp 19 "ztt-matematicos-2") % (c3m211qa "ztt-matematicos-2") {\bf Calculando $z_{tt}$ em ``notação de matemáticos'' (2)} \ssk \ColorRed{Digamos que:} % $$\begin{array}{rcl} x(t) &=& f(t), \\ y(t) &=& g(t), \\ z(x,y) &=& H(x,t), \\ z(x(t),y(t)) &=& m(t) \\ \end{array} $$ \def\ddt{\frac{d}{dt}} \def\ddx{\frac{d}{dx}} \def\ddy{\frac{d}{dy}} \def\ddz{\frac{d}{dz}} \def\ppt{\frac{∂}{∂t}} \def\ppx{\frac{∂}{∂x}} \def\ppy{\frac{∂}{∂y}} \def\ppz{\frac{∂}{∂z}} Então % $$\begin{array}{rcll} z_t &=& \ddt z(t) & \ColorRed{\text{(?!?!)}} \\ &=& \ddt m(t) \\ &=& \ddt z(x(t),y(t)) \\ &=& \ddt H(f(t),g(t)) \\ &=& \ppx H(f(t),g(t)) \ddt f(t) + \ppy H(f(t),g(t)) \ddt g(t) \\ &=& H_x(f(t),g(t)) f'(t) + H_y(f(t),g(t)) g'(t) \\ \end{array} $$ \newpage % «ztt-matematicos-3» (to ".ztt-matematicos-3") % (c3m211qp 20 "ztt-matematicos-3") % (c3m211qa "ztt-matematicos-3") {\bf Calculando $z_{tt}$ em ``notação de matemáticos'' (3)} \ssk Continuando... % $$\begin{array}{rcll} z_t &=& z_t(t) & \ColorRed{\text{(?!?!)}} \\ &=& \ddt z(t) \\ &=& \ddt m(t) \\ &=& \ddt z(x(t),y(t)) \\ &=& \ddt H(f(t),g(t)) \\ &=& \ppx H(f(t),g(t)) \ddt f(t) + \ppy H(f(t),g(t)) \ddt g(t) \\ &=& \ppx z(x(t),y(t)) \ddt x(t) + \ppy z(x(t),y(t)) \ddt y(t) \\ &=& z_x(x(t),y(t)) x_t(t) + z_y(x(t),y(t)) y_t(t) \\ &=& z_x x_t + z_y y_t \\ \end{array} $$ \newpage Os próximos slides são material de apoio pra este vídeo aqui: \ssk {\footnotesize \url{http://angg.twu.net/eev-videos/2021-1-C3-funcoes-quadraticas-4.mp4} \url{https://www.youtube.com/watch?v=d0fnURoPI9Q} } \newpage % «gardner-1» (to ".gardner-1") % (c3m211qp 22 "gardner-1") % (c3m211qa "gardner-1") {\bf Do prefácio do Martin Gardner...} \ssk (p.14): (...) Here the height of the mercury column relative to the water's temperature is a one-to-one function of one variable. (...) In modern set theory this way of defining a function can be extended \ColorRed{to completely arbitrary sets} of \ColorRed{numbers} for a function that is described not by an \ColorRed{equation} but by a \ColorRed{set of rules}. % (find-books "__analysis/__analysis.el" "thompson-gardner") % (find-sthompsongpage (+ 9 15) "interval") % (find-sthompsongtext (+ 9 15) "interval") % (find-sthompsongpage (+ 9 15) "did not use the modern") % (find-sthompsongtext (+ 9 15) "did not use the modern") \msk (p.14): For \ColorRed{most} of the functions encountered in calculus, the domain consists of a single interval of real numbers. \msk (p.15): We call such a function ``continuous'' if its graph can be drawn without lifting the pencil from the paper, and ``discontinuous'' otherwise. (The complete definition of continuity, which is also applicable to functions with more complicated domains, is beyond the scope of this book.) \newpage % «gardner-2» (to ".gardner-2") % (c3m211qp 23 "gardner-2") % (c3m211qa "gardner-2") {\bf Do prefácio do Martin Gardner... (2)} \ssk (p.15): Note that if a vertical line from the $x$ axis intersects more than one point on a curve, the curve cannot represent a function because it maps an $x$ number to more than one $y$ number. Figure 5 is a graph that clearly is not a function because vertical lines, such as the one shown dotted, intersect the graph at three spots. (It should be noted that Thompson did not use the modern definition of ``function.'' For example the graph shown in Figure 30 of Chapter XI fails this vertical line test, but Thompson considers it a function.) % (find-sthompsonpage (+ 11 106) "Fig. 30") % (find-sthompsontext (+ 11 106) "Fig. 30") \thompsonpage{117} \bsk $\hspace*{1cm} % (find-latexscan-links "C3" "20210816_thompson_fig_30") % (find-xpdf-page "~/LATEX/2021-1-C3/20210816_thompson_fig_30.pdf") \myvcenter{ \includegraphics[height=2cm]{2021-1-C3/20210816_thompson_fig_30.pdf} } % \qquad \begin{array}[c]{rcl} (y-x^2)^2 &=& x^5 \\ y-x^2 &=& \pm \; x^{5/2} \\ y &=& x^2 \pm \, x^{5/2} \\ \end{array} $ \newpage % «thompson-1» (to ".thompson-1") % (c3m211qp 24 "thompson-1") % (c3m211qa "thompson-1") {\bf Do capítulo ``III. On Relative Growings'' do Thompson} \ssk Whenever we use differentials $dx$, $dy$, $dz$, etc., the existence of some kind of relation between $x$, $y$, $z$, etc., is implied, and this relation is called a ``function'' in $x$, $y$, $z$, etc.; the two expressions given above, for instance, namely $\frac{y}{x} = \tan 30^{∘}$ and $x^2 + y^2 = ℓ^2$, are functions of $x$ and $y$. Such expressions contain implicitly (that is, contain without distinctly showing it) the means of expressing either $x$ in terms of $y$ or $y$ in terms of $x$, and for this reason they are called implicit functions in $x$ and $y$; they can be respectively put into the forms... \ssk % (find-sthompsonpage (+ 11 13) "the existence of some kind of relation") % (find-sthompsontext (+ 11 13) "the existence of some kind of relation") \thompsonpage{24} \newpage % «thompson-2» (to ".thompson-2") % (c3m211qp 25 "thompson-2") % (c3m211qa "thompson-2") {\bf Do capítulo ``III. On Relative Growings'' do Thompson} \ssk (...) We see that an explicit function in $x$, $y$, $z$, etc., is simply something the value of which changes when $x$, $y$, $z$, etc., are changing, either one at the time or several together. Because of this, the value of the explicit function is called the dependent variable, as it depends on the value of the other variable quantities in the function; these other variables are called the independent variables because their value is not determined from the value assumed by the function. For example, if $u = x^2 \sinθ$, $x$ and $θ$ are the independent variables, and $u$ is the dependent variable. \ssk % (find-sthompsonpage (+ 11 14) "explicit function") % (find-sthompsontext (+ 11 14) "explicit function") % (find-sthompsonpage (+ 11 14) "dependent variable") % (find-sthompsontext (+ 11 14) "dependent variable") \thompsonpage{25} \newpage % «thompson-3» (to ".thompson-3") % (c3m211qp 26 "thompson-3") % (c3m211qa "thompson-3") {\bf Do capítulo ``III. On Relative Growings'' do Thompson} \ssk Sometimes the exact relation between several quantities $x$, $y$, $z$ either is not known or it is not convenient to state it; it is only known, or convenient to state, that there is some sort of relation between these variables, so that one cannot alter either $x$ or $y$ or $z$ singly without affecting the other quantities; the existence of a function in $x$, $y$, $z$ is then indicated by the notation $F(x, y, z)$ (implicit function) or by $x = F (y, z)$, $y = F (x, z)$ or $z = F (x, y)$ (explicit function). Sometimes the letter $f$ or is used instead of $F$, so that $y = F (x)$, $y = f (x)$ and $y = (x)$ all mean the same thing, namely, that the value of $y$ depends on the value of $x$ in some way which is not stated. \ssk % (find-sthompsonpage (+ 11 14) "z = F (x, y) (explicit function)") % (find-sthompsontext (+ 11 14) "z = F (x, y) (explicit function)") \thompsonpage{25} \newpage % «thompson-inversa-1» (to ".thompson-inversa-1") % (c3m211qp 27 "thompson-inversa-1") % (c3m211qa "thompson-inversa-1") {\bf Do capítulo ``XIII. Other useful dodges'' do Thompson} \ssk It can be shown that for all functions which can be put into the inverse form, one can always write % $$\frac{dy}{dx} · \frac{dx}{dy} = 1 \qquad \text{or} \qquad \frac{dy}{dx} = \frac{1}{\frac{dx}{dy}} \; . $$ % (find-sthompsonpage (+ 11 128) "Differential of an Inverse Function") % (find-sthompsontext (+ 11 128) "Differential of an Inverse Function") \thompsonpage{139} \bsk \bsk You will surely realize from this chapter and the preceding, that in many respects the calculus is an art rather than a science: an art only to be acquired, as all other arts are, by practice. Hence you should work many examples, and set yourself other examples, to see if you can work them out, until the various artifices become familiar by use. % (find-sthompsonpage (+ 11 130) "art rather than a science") % (find-sthompsontext (+ 11 130) "art rather than a science") \thompsonpage{141} \newpage % «thompson-inversa-2» (to ".thompson-inversa-2") % (c3m211qp 28 "thompson-inversa-2") % (c3m211qa "thompson-inversa-2") {\bf Do capítulo ``XIII. Other useful dodges'' (2)} \ssk Um modo de traduzir esse ``$\frac{dy}{dx} · \frac{dx}{dy}$'' pra ``notação de matemáticos'' é supor que $y(x) = f(x)$ e $x(y) = g(y)$, e que o nosso ponto base é $(x,y) = (x,f(x))$... \msk (Também poderia ser $(x,y) = (g(y),y)$). $$\begin{array}{rcl} \frac{dy}{dx}·\frac{dx}{dy} &=& \ddx y · \ddy x \\ &=& \ddx y(x) · \ddy x(y) \\ &=& \ddx f(x) · \ddy g(y) \\ &=& \ddx f(x) · \ddy g(y) \\ &=& f'(x) · g'(y) \\ &=& f'(x) · g'(y(x)) \\ &=& f'(x) · g'(f(x)) \\ \end{array} $$ \newpage % «g-m-diff» (to ".g-m-diff") % (c3m211qp 29 "g-m-diff") % (c3m211qa "g-m-diff") {\bf Do capítulo ``X. Geometrical Meaning of Differentiation''} % (find-sthompsonpage (+ 11 75) "X. Geometrical Meaning of Differentiation") % (find-sthompsontext (+ 11 75) "GEOMETRICAL MEANING OF DIFFERENTIATION") Se $y$ é uma função de $x$, então $y_x = \frac{dy}{dx}$ também é uma função de $x$... ou seja, $y_x = y_x(x)$. % (find-sthompsonpage (+ 11 79) "Fig. 12") % (find-sthompsontext (+ 11 79) "Fig. 12") \thompsonpage{90} $$ % (find-latexscan-links "C3" "20210817_thompson_fig_12") % (find-xpdf-page "~/LATEX/2021-1-C3/20210817_thompson_fig_12.pdf") \includegraphics[height=4cm]{2021-1-C3/20210817_thompson_fig_12.pdf} \qquad % (find-latexscan-links "C3" "20210817_thompson_fig_13") % (find-xpdf-page "~/LATEX/2021-1-C3/20210817_thompson_fig_13.pdf") \includegraphics[height=4cm]{2021-1-C3/20210817_thompson_fig_13.pdf} $$ % ...e temos $y_x=y_x(x)$. Podemos definir $w(x)=y_x(x)$ \newpage % «useful-dodge» (to ".useful-dodge") % (c3m211qp 30 "useful-dodge") % (c3m211qa "useful-dodge") {\bf ``A useful dodge''} % ``IX. Introducing a Useful Dodge'' \ssk O capítulo IX do Thompson --- chamado ``IX. Introducing a Useful Dodge'' --- é sobre um truque muito bom pra calcular derivadas complicadas que faz muito mais sentido em ``notação de físicos'' do que em ``notação de matemáticos'', e que se baseia em \ColorRed{inventar variáveis novas}. \msk Link pro capítulo: \ssk {\footnotesize % (find-sthompsonpage (+ 11 66) "IX. Introducing a Useful Dodge") % (find-sthompsontext (+ 11 66) "INTRODUCING A USEFUL DODGE") % https://www.gutenberg.org/files/33283/33283-pdf.pdf#page=77 \url{https://www.gutenberg.org/files/33283/33283-pdf.pdf#page=77} } \newpage % «exercicio-6» (to ".exercicio-6") % (c3m211qp 31 "exercicio-6") % (c3m211qa "exercicio-6") {\bf Exercício 6.} Refaça você mesmo os exemplos (1) até (7) desse capítulo do Thompson pra ter certeza de que você entendeu o truque. \msk Link pro vídeo com dicas: \ssk {\footnotesize \url{http://angg.twu.net/eev-videos/2021-1-C3-funcoes-quadraticas-5.mp4} \url{https://www.youtube.com/watch?v=Ubc7wXK22fM} } \newpage % «derivada-direcional» (to ".derivada-direcional") % (c3m211qp 25 "derivada-direcional") % (c3m211qa "derivada-direcional") {\bf Derivada direcional (Bortolossi)} % (find-bortolossi8page (+ -290 291) "8. Derivadas direcionais e o vetor gradiente") % (find-bortolossi8page (+ -290 296) "Definição 8.1. (Derivada direcional)") % (find-bortolossi8page (+ -290 298) "8.2. O vetor gradiente") % (find-bortolossi8page (+ -290 302) "direção de maior crescimento") O Bortolossi define a derivada direcional deste jeito, na p.296 do capítulo 8 dele: $$\frac{∂f}{∂𝐛v}(𝐛p) = \lim_{t→0} \frac{ f(𝐛p + t·𝐛v) - f(𝐛p) }{t} $$ \msk Digamos que $f:\R^2→\R$, que os argumentos da $f$ se chamem $x$ e $y$, que $𝐛p=(x_0,y_0)$, que o vetor $𝐛v$ seja $(α,β)$, e que $z=z(x,y)=f(x,y)$. Então isto vira: % $$\begin{array}{rcl} \D \frac{∂z}{∂(α,β)}(x_0,y_0) &=& \D \lim_{ε→0} \frac{ z((x_0,y_0) + ε(α,β)) - z(x_0,y_0) }{ε} \\ &=& \D \lim_{ε→0} \frac{ z(x_0+εα,y_0+εβ) - z(x_0,y_0) }{ε} \end{array} $$ \newpage {\bf Uma gambiarra...} Digamos que $ε$ seja muito pequeno (``infinitesimal''). O Bortolossi explica --- leia as páginas 291 a 294 dele! --- que os casos mais básicos, que queremos generalizar, são estes: $\frac{∂f}{∂(1,0)} = \frac{∂f}{∂x}$ e % $\frac{∂f}{∂(0,1)} = \frac{∂f}{∂y}$. Então: % $$\begin{array}{rcl} z(x_0+εα,y_0+εβ) &≈& z(x_0,y_0) + z_x(x_0,y_0)·εα + z_y(x_0,y_0)·εβ \\ &=& z + z_x εα + z_y εβ \\ \end{array} $$ $$\begin{array}{rcl} z(x_0+εα,y_0+εβ) - z(x_0,y_0) &≈& z_x εα + z_y εβ \\[5pt] \D \frac{ z(x_0+εα,y_0+εβ) - z(x_0,y_0) }{ε} &≈& z_x α + z_y β \\[10pt] \lim_{ε→0} \D \frac{ z(x_0+εα,y_0+εβ) - z(x_0,y_0) }{ε} &=& z_x α + z_y β \\ \end{array} $$ \newpage {\bf Uma gambiarra... (2)} $$\begin{array}{rcl} \D \frac{∂z}{∂(α,β)}(x_0,y_0) &=& \D \lim_{ε→0} \frac{ z((x_0,y_0) + ε(α,β)) - z(x_0,y_0) }{ε} \\ &=& \D \lim_{ε→0} \frac{ z(x_0+εα,y_0+εβ) - z(x_0,y_0) }{ε} \\[5pt] &=& z_x(x_0,y_0)·α + z_y(x_0,y_0)·β \\ \D \frac{∂z}{∂(α,β)} &=& z_x·α + z_y·β \\ &=& \pmat{z_x & z_y} · \pmat{α \\ β} \\ &=& Dz · \pmat{α \\ β} \\ \end{array} $$ % (find-thomas11-1page (+ 25 159) "3.2" "Differentiation rules") % (find-thomas11-1page (+ 26 171) "3.3" "The derivative as a rate of change") % (find-thomas11-1page (+ 28 183) "3.4" "Derivatives of trigonometric functions") % (find-thomas11-1page (+ 30 190) "3.5" "The chain rule and parametric equations") % (find-thomas11-1page (+ 30 198) "differentiating with a parameter") %\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") * (eepitch-shell) * (eepitch-kill) * (eepitch-shell) # (find-fline "~/2021.1-C3/") # (find-fline "~/LATEX/2021-1-C3/") # (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 -f 15" $1.pdf; xpdf $1.pdf } f () { rm -fv $1.png $1.pdf; djvuize WHITEBOARDOPTS="-m 1.0 -f 30" $1.pdf; xpdf $1.pdf } f () { rm -fv $1.png $1.pdf; djvuize WHITEBOARDOPTS="-m 1.0 -f 45" $1.pdf; xpdf $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 ~/2021.1-C3/ cp -fv $1.pdf ~/LATEX/2021-1-C3/ cat <<%%% % (find-latexscan-links "C3" "$1") %%% } f 20210817_thompson_fig_12 f 20210817_thompson_fig_13 f 20210816_thompson_fig_30 f 20210813_direcoes f 20201213_area_em_funcao_de_theta f 20201213_area_em_funcao_de_x f 20201213_area_fatias_pizza % __ __ _ % | \/ | __ _| | _____ % | |\/| |/ _` | |/ / _ \ % | | | | (_| | < __/ % |_| |_|\__,_|_|\_\___| % % <make> * (eepitch-shell) * (eepitch-kill) * (eepitch-shell) # (find-LATEXfile "2019planar-has-1.mk") make -f 2019.mk STEM=2021-1-C3-funcoes-quadraticas veryclean make -f 2019.mk STEM=2021-1-C3-funcoes-quadraticas pdf % Local Variables: % coding: utf-8-unix % ee-tla: "c3q" % ee-tla: "c3m211q" % End: