Dissertates on substitutio and integration by parts.
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34a9579d04
3 changed files with 85 additions and 6 deletions
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Makefile
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@ -1,6 +1,14 @@
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SHELL = /bin/sh
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SHELL = /bin/sh
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default: compile-and-serve
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default: compile-only
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compile-and-view: compile-only view
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view:
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termux-share -d calculus.pdf
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compile-only:
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latexmk -pdf calculus
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compile-and-serve:
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compile-and-serve:
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latexmk -pdf -pvc calculus
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latexmk -pdf -pvc calculus
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BIN
calculus.pdf
BIN
calculus.pdf
Binary file not shown.
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calculus.tex
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calculus.tex
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@ -137,6 +137,7 @@
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\DeclareMathOperator{\inv}{inv}
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\DeclareMathOperator{\inv}{inv}
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\newcommand{\dx}{\ dx}
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\newcommand{\dx}{\ dx}
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\newcommand{\du}{\ du}
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\newcommand{\du}{\ du}
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\newcommand{\dv}{\ dv}
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\newcommand{\dy}{\ dy}
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\newcommand{\dy}{\ dy}
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\newcommand{\dt}{\ dt}
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\newcommand{\dt}{\ dt}
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\newcommand{\ds}{\ ds}
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\newcommand{\ds}{\ ds}
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@ -3941,7 +3942,9 @@ exists and has value $L.$ Then we may, simply... hah, I don't know if we
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can do what I'm thinking. For a non-abstract case, indeed; but for an
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can do what I'm thinking. For a non-abstract case, indeed; but for an
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abstract function, I don't know. What I had in mind was to patch the
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abstract function, I don't know. What I had in mind was to patch the
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function, but if we patch it, we have now a continuous function and then
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function, but if we patch it, we have now a continuous function and then
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of course we can integrate.
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of course we can integrate. (What if we patch it in a way that doesn't
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make it continuous, though? We should pursue this just to see what
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would happen.)
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When we use Riemann's technique to integrate, we often pick the
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When we use Riemann's technique to integrate, we often pick the
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midpoints of the $n$ subintervals we choose. That's because for some
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midpoints of the $n$ subintervals we choose. That's because for some
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@ -4911,7 +4914,8 @@ $$V= \lim_{n \to \infty} \sum_{i=1}^n A(x_i^*) \Delta x = \int_a^b A(x) \dx.$$
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Compute
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Compute
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$$\lim_{t \to \infty} \frac{\sqrt{t}}{\exp(t)} \exp\left(\int_0^\infty \floor(t \exp(-x)) \dx\right) $$
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$$\lim_{t \to \infty} \frac{\sqrt{t}}{\exp(t)}
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\exp\left(\int_0^\infty \floor(t \exp(-x)) \dx\right) $$
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sabendo que
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sabendo que
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@ -4923,7 +4927,76 @@ A brincadeira aqui é que esse é um problema que é fácil de compor, mas
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difícil de resolver porque não se consegue facilmente desfazer a
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difícil de resolver porque não se consegue facilmente desfazer a
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convolução que foi feita passo a passo pelo autor do problema. Mesmo
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convolução que foi feita passo a passo pelo autor do problema. Mesmo
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que você conhecesse a aproximação acima, você não pensaria em usá-la
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que você conhecesse a aproximação acima, você não pensaria em usá-la
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porque ela implícita no problema não de forma aparente.
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porque ela está implícita no problema não de forma aparente. Já não
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lembro de cabeça o que eu tinha em mente, quando escrevi esse
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problema---não lembro a solução, por exemplo. Precisaria repensá-lo.
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\section{Técnicas de integração}
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A regra da substituição é a regra da cadeia e a regra de integração
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por partes é a regra do produto. As outras regras são ou muito óbvias
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ou pouco úteis. Por exemplo, teria como extraírmos uma regra de
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integração da regra do quociente? Provavelmente ela seria equivalente
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à regra do produto mas com uma expressão menos simples. Agora, a
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integração de funções trigonométricas merece discussão, especialmente
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quando estamos falando de alguns produtos de integrais, que é com o
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que nos preocupamos agora.
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Pra obter a regra da substuição basta escrever $f(g(x))$, computar a
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derivada $f'(g(x)) g'(x)$ e então obter a regra
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$$\int f'(g(x))g'(x) = f(g(x)) + c.$$
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A substituição em si é obtida por identificar na função a ser
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integrada uma expressão qualquer que possa tomar o lugar de $g'(x)$ e
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$g(x)$, fazendo assim a substuição $u = g(x)$ e substuindo por
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consequinte $g'(x) \dx = \du$, terminando por integrar $\int f'(u)
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\du$.
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A integração por partes vem da regra do produto. Uma vez que
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$(f(x)g(x))' = f'(x) g(x) + f(x)g'(x)$, então
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\begin{align*}
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\int f(x)g(x) \dx &= \int f'(x) g(x) \dx + \int f(x)g'(x) \dx\\
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f(x)g(x) &= \int g(x) f'(x) \dx + \int f(x)g'(x) \dx.
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\end{align*}
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Agora declare $u f(x) = u$ e $v = g(x)$ de forma que $\du = f'(x)\dx$
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e $\dv = g'(x)\dx$. Assim, pelo teorema fundamental, obtemos
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$$f(x)g(x) = \int v\du + \int u \dv,$$
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permitindo-nos integral a difícil $\int v\du$ se $\int u \dv$ for
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fácil, conversamente permitindo-nos integral a difícil $\int u \dv$
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desde que $\int v \du$ seja fácil. Em outras palavras, uma das duas
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precisa ser fácil de integrar e é por isso que precisamos de alguma
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sabedoria ao escolher $u$ e $v$ durante a integração por partes.
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Além disso, note também que há situações em que é preciso integrar
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por-partes múltiplas vezes e até usar de alguma criatividade pra sair
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de uma alguma ``sinuca de bico''. É o caso, por exemplo, de $\int e^x
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\sin x \dx$, em que é preciso aplicar por-partes duas vezes e então
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considerar a circularidade do termo $\int e^x \sin x \dx$ como uma
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incógnita a ser descoberta.
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Há integrais divertidas de se computar de onde se extrai, por exemplo,
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a bonita fórmula
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$$\int x^n e^x \dx = e^x \left(\sum_{i=0}^n (-1)^i \frac{n!}{n - i + 1} x^{n - i}\right) + c.$$
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Por exemplo, $\int x^5 e^x \dx = e^x (x^5 - 5 x^4 + 20 x^3 - 60x^2 +
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120x - 120) + c$. Essa fórmula vem da integração
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por-partes. Escolhe-se sempre o termo $x^i$ como função $u$ e $e^x$
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como função $v$. Aplica-se a integração por-partes $n$ vezes
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(recursivamente) e em seguida substitui-se de volta em direção ao
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problema original. Okay, agora tragamos nossa atenção para as
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integrais de funções trigonométricas.
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%% \subsection{A integral de funções trigonométricas}
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%% Começamos por observar que integrar $\tg x$ não é difícil porque ela é
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%% obtida por uma substituição trivial. Primeiro escreva $\tg x = \sin x
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%% / \cos x$.
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\section{Studying functions}
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\section{Studying functions}
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@ -5909,8 +5982,6 @@ Newton nos dá a sequência
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e daí obtemos $a_0 = 3$, $a_1 \approx 2.7041$, $a_2 \approx 2.7182$,
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e daí obtemos $a_0 = 3$, $a_1 \approx 2.7041$, $a_2 \approx 2.7182$,
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obtendo uma precisão de pelo menos quatro casas decimais.
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obtendo uma precisão de pelo menos quatro casas decimais.
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%\subsection{}
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\newpage \tableofcontents
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\newpage \tableofcontents
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\newpage \printbibliography
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\newpage \printbibliography
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