Cálculo I IM UFRJ Lista 1: Pré-Cálculo Prof. Marco Cabral Versão Para o Aluno. Tópicos do Pré-Cálculo

Transcrição

1 Cálculo I IM UFRJ Lista : Pré-Cálculo Prof. Marco Cabral Versão Para o Aluno O sucesso (ou insucesso) no Cálculo depende do conhecimento de tópicos do ensino médio que chamaremos de pré-cálculo. Quanto antes foram revistos e dominados melhor. Recomendamos que o aluno, além de fazer esta lista, estude e revise estes tópicos utilizando livros do ensino médio ou Cálculo e a Internet. Recomendamos o uso de softwares: (a) para visualização de grácos (uma sugestão é fooplot, que é um site que plota grácos sem precisar instalar programa). (b) CAS (computer algebra sstem) que faz manipulações algébricas (sugerimos maima, que tem versão para Linu e Windows). Tópicos do Pré-Cálculo. Aritmética e Álgebra. (a) Propriedades de potências de mesma base e de raízes. Potências fracionárias e negativas. (b) Racionalizar epressões algébricas envolvendo raízes. (c) Divisão de polinômios. (d) Teorema de D'Alambert: Se a é raiz de um polinômio, então ele é divisível por a. 3 (e) Signicado de somatórios, como por eemplo (i 5i) = ( 5 )+( 5 )+(3 5 3). (f) Produtos notáveis: (a ± b) = a ± ab + b e (a + b)(a b) = a b.. Funções. (a) Domínio e imagem de função. (b) Funções denidas por palavras, por grácos, por tabelas e por fórmulas eplícitas. Função denida por partes. (c) Composição de funções. i= (d) Função injetiva, sobrejetiva, crescente/decrescente. (e) Grácos de funções. Translação de gráco de funções (horizontal e vertical). (f) Quando uma curva no plano é o gráco de uma função? Teste da reta vertical. Dado o gráco de uma função, quando (e onde) ela possui inversa? Teste da reta horizontal. (g) Função par/impar: denição e simetrias no gráco. (h) Função inversa e seu gráco, obtido por reeão em torno da reta =. Eemplos importantes: arcsen, arctan, log e (não é verdade que arsen é igual a sen!). (i) Sinal de funções racionais, função da forma f() = p(), onde p e q são polinômios. Técnica: q() Quadro de sinais. (j) Máimo e mínimo de função do segundo grau em intervalos fechados (pode estar nos etremos). (k) Funções logaritmo e eponencial. Propriedades básicas (soma/produto). Uma inversa da outra. Observação: log e = ln. Em cálculo log = ln, embora para alguns autores log = log 0. Ao longo do Cálculo será eplicado porque utilizamos e como base do logaritmo.

2 (l) Funções Trigonométricas. Ângulo medido em radianos (em Cálculo esta é a unidade conveniente). Comprimento do arco de círculo. Determinar quadrante de ângulo no círculo trigonométrico. Saber determinar sinal e/ou valor de seno, cosseno e tangente de ângulo qualquer. Saber localizar no círculo trigonométrico seno, cosseno, tangente. Propriedades básicas: sen( ) = sen, cos( ) = cos. sen(a ± b) =..., cos(a ± b) =... etc. sen () + cos () =. (m) Função Módulo. Denição: =, 0,, < 0. Gráco do módulo de uma função, como por eemplo, gráco de = ( )( ). 3. Geometria Analítica no Plano Básica. (a) Equação da reta no plano: signicado geométrico do coeciente angular (incluindo como determinar que retas são perpendiculares entre si pelo coeciente angular), saber calcular equação da reta que passa em dois pontos no plano, e que passa em um ponto com certo coeciente angular (b) Saber calcular interseção entre: duas retas (= resolver sistema linear); reta e equação do o grau; duas equações do o grau. (c) Distância entre dois pontos no plano e Pitágoras. Função módulo e distância. = (não é ). Eercícios Aritmética e Álgebra.. Determine k e m se 7 3 = 3 k e. Escreva na forma m+ 5 3 = Determine p, q inteiros tais que 8/ / 3 0 = p q. 4. Escreva epressão equivalente a sem raiz no denominador (racionalize). 5. Determine o quociente e o resto da divisão de por. 6. (Verique o Teorema de D'Alambert.) Verique que é raiz de Aplique o teorema de D'Alambert para dividir o polinômio e obter TODAS raizes Determine o valor de (i + ). i= 8. Calcule (a + b) (a b). Funções.. Determine imagem da função g() = (3 ) 5. log( ). Determine o domínio da função g() = Dado R, dena f() como o maior inteiro menor que. Determine: f(π) e f( π). Esta função é injetiva? É sobrejetiva? Qual sua imagem? 4. Esboce o gráco de:, se <, (a) f() = 4 3, se. ; ; (c) f() = log() + ; <. (b) f() = 9 ; 3 3; > 3.

3 5. Se f() = 3 e g() = 5 4, determine: g(f()) e f(g()). 6. Determine o maior intervalo contendo 0 onde f() = ( + ) + é injetiva. Esta função é sobrejetiva? 7. Determine, caso seja possível, TODOS intervalos onde é crescente: (a) f() = 9. (b) f() = 6. (c) f() = log() 4. (d) f() = 3 7. (e) f() = sen() 4. (f) f() = e. 8. Baseado no gráco de f() =, esboce o gráco de g() = ( + ) Esboce os grácos de f() = e f() =. Elas são funções par ou impar? 0. Esboce o gráco de f() = e, fazendo translações, de g() = Determine intervalos onde a curva abaio pode representar o gráco de uma função.. Considere o gráco de g da gura abaio. (a) Determine intervalos onde g é injetiva. (b) Nestes intervalos pode-se dena uma função inversa g. Determine o domínio de g associado a estes intervalos. g() 3. Esboce o gráco de f() = 3 e f() = 4 (são semelhantes ao de e respectivamente). Baseado nestes grácos, esboce o gráco das inversas 3, 4 (reeão em torno da reta = ). 4. Baseado no gráco de f() = e, esboce o gráco da sua inversa log (reeão em torno da reta = ). 5. Faça o estudo de sinal do numerador e denominador para determinar os valores de que satisfazem as desigualdades: (a) 3 0; (b) 3 ( 4) Determine intervalos onde é positiva e onde é negativa cada função abaio. (a) f() = ( + ). (b) g() =. 7. Determine o máimo e mínimo de f() = ( ) + nos intervalos: (a) [0, 3]. (b) [, 3]. 8. Determine a R se log 0 (00 3a 0) = Determine o valor de: (a) e 0. (b) log 0. (c) ln. (d) ln e. (e) e ln 3. (f) ln(e 5 ). 0. Determine o valor de: (a) sen(3π/). (b) cos(3π). (c) tan(3π/4). (d) cos(5π/4).. Epresse log 5 30 utilizando ln.. Determine em qual quadrante do círculo trigonométrico ca o ângulo (em radianos): (a) 3π/3. (b) 3π/4. (c) π/5. 3. Determine o sinal de seno e cosseno de β = π e θ = + 3π/. 4. Sabendo que sen β = /3, determine valores possíveis para cos β. 5. Sabendo que tan γ = 5 e que cos γ > 0, determine sen γ. 6. Determine em termos de sen a e cos a (utilizando fórmulas de sen(a+b) e cos(a+b)): cos(3a) e sen( 4a). 3

4 7. Aplique a denição do módulo para esboçar o o gráco de: cos (a) cos() ; (b). 8. Partindo de gráco de funções simples (±,, log()), utilizando translações verticais e/ou horizontais e/ou reeões, esboce o gráco de: (a) = + (b) = log( ) + ; (c) = ( + )( + ). Geometria Analítica no Plano Básica.. Ordene as retas de acordo com seu coeciente angular: = 0, 3 + = 4, = 0.. Determine a equação da reta que passa em (, ): (a) e em (, 3). (b) com coeciente angular. (c) perpendicular à reta 3 + =. 3. Determine a interseção (todos os pontos) entre o gráco de = + e o gráco de: (a) + = 0. (b) + = Determine a distância entre os pontos do plano (, ) e (4, ). 5. Determine todo a, R tal que: (a) a + = 4. (b) < Verique se 4 + = + para todo R. Respostas dos Eercícios Aritmética e Álgebra.. k = 5, m = 4.. = 3/, = /. 3. p =, q = , obtida multiplicando numerador e denominador por. Com maima: epand((3*sqrt()+)*(-sqrt())); 5. Quociente:, resto:. Com maima: divide(^4-3*^ + +, ^-); 6. Raizes:, 5, 3. Como é raiz, divida polinômio por ( ( )) = +. Obtenha polinômio do o grau e determine suas raizes Com maima: sum(*i+, i,, 5); 8. 4ab. Funções.. ( 5, ) pois g() 5 para todo (note que (3 ) é sempre não-negativo).. Resposta: os intervalos [, ) e (, ). Como eiste logaritmo somente de números positivos, deve ser positivo, ou seja, > 0, logo >. Por outro lado, + 0, logo. Além disso o denominador não pode se anular: + 0, o que implica. Assim > > ou >. 3. f(π) = 3 e f( π) = 4. Não é injetiva pois f(π) = f(3, 5). Não é sobrejetiva pois a imagem é somente os inteiros: Imagem de f: Z. 4. (a) f() =, se <, 4 3, se (b) f() = ; 3 3; > 3. 4

5 (c) f() = ; ; log() + ; <. 5. g(f()) = e f(g()) = 5 3. Com maima: f() := 3*-; g() := 5*^-4;epand(f(g())); 6. (, ), pois a função é decrescente (e portanto injetiva) para <. Basta ver que seu vértice é em =. Não é sobrejetiva pois sua imagem é somente o intervalo (, ). 7. (a) (, 0). (b) Sempre decrescente. (c) (0, ). (d) (, ) = R. (e) Em ( π/, π/) é crescente. De forma geral em (kπ π/, kπ + π/) para todo k Z. (f) Sempre decrescente. 8. Basta transladar em 3 unidades verticalmente para baio e unidades para esquerda. Veja grácos utilizando algum software (como o fooplot). Eperimente modicar o e 3 para ver efeito no programa. 9. Faça um tabela de valores e verique o que ocorre quando ca próimo de 0 (por eemplo /00, /0 3, /0 5 e /00, /0 3, /0 5, /000) e também muito grande em módulo próimo de ± (por eemplo 0, 0 3, 0 5 e 0, 0 3, 0 5 ). Depois (somente após tentar pela tabela) veja os grácos utilizando algum software (como o fooplot). A função / é impar e / é par. Veja que são similares / 3, / 4, Partindo do gráco de, reita o gráco na reta = para obter gráco de. Depois faça translações para obter o gráco de g() = Veja os grácos de =, = e = utilizando algum software (como o fooplot) para ver a reeão.. (, ) ou (0, ) ou (0, ) dependendo de qual parte do gráco será utilizada.. (a) (, ), (, ) e (, ). (b) Pelo gráco pode-se ver que a imagem destes intervalos são, respectivamente, os intervalos: (, ), (0, ) e (0, ). Logo domínios possíveis para g (não será a mesma função!): (, ), (0, ) e (0, ). Comprove a eistência de mais de uma inversa observando que eistem três possibilidades para g (): aproimadamente, e 3 pelo gráco. 3. Faça um tabela de valores positivos e negativos. Depois (somente após tentar pela tabela) veja os grácos com algum software (como o fooplot). Obtenha inversas por reeão. Veja os grácos de = 3, = /3 = 3 e = utilizando algum software (como o fooplot) para ver a reeão. 4. Verique com algum software (como o fooplot) plotando = ep() = e, = log() e =. 5. (a) Análise de dois termos quadráticos. Será positiva em [ 3, ) e em (, 3]. (b) O termo 3 possui a raiz. Pelo Teorema D'Alembert pode ser fatorado por. Fazendo divisão de polinômios obtemos que 3 = ( )( + + ). Calculando Delta, vemos que o segundo polinômio possui raízes compleas. Como a > 0, o termo Fazendo quadro de sinais com, e 4 (podemos ignorar o termo sempre positivo + + ) obtemos que será negativa em (, 0) e [, ). 6. (a) Positiva nos intervalos ( 3, ) e (, ). Negativa em < 3 ou < < ou >. (b) Positiva nos intervalos (, ) e (0, ). Negativa em < ou < < 0 ou >. Com maima: load("solve_rat_ineq"); solve_rat_ineq((*(+))/(-^)<0); 7. O vértice da parábola tem coordenada =. (a) Mínimo em =, com f() =, máimo em = 3 com f(3) = 6 (veja que f(0) = 3 < f(3) = 6). (b) Comparando valor de f nos etremos (o vértice não pertence ao intervalo): Mínimo em =, f() = 3, máimo em = 3, f(3) = a = 4/3. 9. (a) e 0 =. (b) log 0 não eiste. Mas quando se aproima de 0 pela direita (isto é > 0), log se aproima de. Veja gráco de log próimo do 0. (c) ln = 0. (d) ln e =. (e) e ln 3 = 3. (f) ln(e 5 ) = (a) sen(3π/) =. (b) cos(3π) =. (c) tan(3π/4) =. (d) cos(5π/4) = /. ln 30. Por propriedade do logaritmo, log 5 30 = ln 5. 5

6 . (a) o quadrante pois 3π/3 = π/3 + 5 π e π/3 está no o quadrante. (b) 3o quadrante pois 3π/4 = π + π/4 + π. (c) 4o quadrante π/5 = π π/5. 3. Como β está no o quadrante e θ no 4o, sen β > 0, cos β < 0, sen θ < 0, cos θ > cos β = 5/3 ou cos β = 5/3. No maima: solve(^ + (-/3)^=);. 5. sen γ = 5/ 6. Dica: utilizar + tan = sec = / cos. 6. cos(3a) = cos 3 a 3 cos a sin a e sen( 4a) = 4 cos a sin 3 a 4 cos 3 a sin a. No maima: trigepand(cos(3*a)). 7. (a) a função alterna entre, quando cos() > 0, e, quando cos() < 0. Nos pontos onde cos() = 0 ela não está denida. = = 5π 3π π π 3π 5π (b) f() = cos() cos() f() = 8. (a) Translação vertical de uma unidade do gráco de. (a) = + (b) translação horizontal do log por uma unidade seguido por translação vertical de duas unidades (faça duas guras antes de obter a resposta abaio). (c) = log( ) + (c) Raízes do polinômio:,. Esboce o gráco da parábola ( + )( + ) e depois reita em torno do eio (efeito do módulo). 6

7 (e) = ( + )( + ) Geometria Analítica Básica.. Maior coeciente para menor: = 0 (/3), 3 + = 4 ( 3/) e = 0 ( 5/3).. (a) = 7/3 /3. (b) =. (c) = (3 + )/. 3. (a) =, = 0 e = 3/, = 5/4. (b) =, = e =, = 0. No maima: algss([=^ + -, ^ + -=0], [,]); (a) R: a = 6 ou a =. Dica: distância de a até deve ser 4. (b) R: > /. Dica : Separe em casos: se > 0... e se < 0. Em cada um destes casos eistem subcasos: + > 0 ou + < 0. Alguns destes casos não tem solução alguma. Dica : Em termos de distância, deve estar mais perto de do que de. Faça uma gura. 6. Errado. O correto é 4 + = + pois =. Para > 0 é correto, mas para < 0 não (verique!). 7