Cálculo A. José Carlos de Souza Junior.

Transcrição

1 Cálculo A José Carlos de Souza Junior Universidade Federal de Alfenas - Instituto de Ciências Exatas Abril

2 O que é o GeoGebra? GeoGebra é um software matemático que reúne geometria, álgebra e cálculo. Ele foi desenvolvido por Markus Hohenwarter da Universidade de Salzburg para educação matemática nas escolas. Por um lado, o GeoGebra é um sistema de geometria dinâmica que permite realizar construções tanto com pontos, vetores, segmentos, retas, seções cônicas como funções que podem se modificar posteriormente de forma dinâmica. Por outro lado, equações e coordenadas podem estar interligadas diretamente através do GeoGebra. Assim, o software tem a capacidade de trabalhar com variáveis vinculadas a números, vetores e pontos; permite achar derivadas e integrais de funções e oferece comandos, como raízes e extremos.

3 Objetivo da aula. Esta aula tem como objetivo introduzir algumas regras básicas para operar o programa GeoGebra e como usar os seus recursos gráficos, esperando que isto contribua para um melhor aproveitamento dos conceitos teóricos da disciplina de Cálculo A.

4 Janela CAS Iniciaremos nossa atividade estudando os recursos de computação simbólica do GeoGebra. Inicie o programa e, então, no menu principal, escolha o item Exibir Janela CAS, conforme figura a seguir:

5 Janela CAS

6 Janela CAS O GeoGebra ficará então com três janelas principais: a Janela de Álgebra, a Janela CAS e a Janela de Visualização. Feche então a Janela de Visualização clicando no pequeno no canto superior direito da janela.

7 Janela CAS O GeoGebra ficará então com três janelas principais: a Janela de Álgebra, a Janela CAS e a Janela de Visualização. Feche então a Janela de Visualização clicando no pequeno no canto superior direito da janela.

8 Janela CAS

9 Janela CAS A interface gráfica ficará então assim:

10 Janela CAS Tipicamente, para usar a Janela CAS do GeoGebra, você deve digitar comandos (que em breve aprenderemos) em uma linha numerada e, então pressionar a tecla ENTER para que o programa interprete o seu comando. Por exemplo, se você quer somar 2 com 2, basta digitar na linha de número 1 e, então, pressionar a tecla ENTER para obter a resposta 4.

11 Janela CAS O comando a seguir calcula

12 Janela CAS Na tabela a seguir temos os símbolos do GeoGebra para operações aritméticas.

13 Produtos notáveis Certamente você já deve ter visto os produtos notáveis (a + b) 2 = a 2 + 2ab + b 2 e (a + b) 3 = a 3 + 3a 2 b + 3ab 2 + b 3. Use o GeoGebra para ver os produtos notáveis para (a + b) 4, (a + b) 5 e (a + b) 10.

14 Fatoração O comando Fatorar[...] pode ser usado para fatorar polinômios. Por exemplo, o comando: Fatorar[3 x x 3 3 x 1] devolverá a expressão algébrica: (3x 2 x 1)(x + 1) 2.

15 Fatoração Note que o GeoGebra procura simplificar fatores comuns em funções racionais, isto é, ele devolve uma expressão na forma numerador/denominador, onde o numerador e o denominador são polinômios relativamente primos com coeficientes inteiros.

16 Fatoração Se você definir uma função através do campo de Entrada, a simplificação não é automática. Será preciso usar o comando Simplificar[...], na Janela CAS, para obtê-la.

17 Fatoração Para o GeoGebra CAS, (x 2 1)/(x 1) e x + 1 são expressões iguais. Elas são realmente iguais? Mais precisamente, se f (x) = x 2 1 x 1 e g(x) = x + 1, então as funções f e g são iguais? Resposta: Não! Note que D(f ) = R {1} R = D(g). Logo a função f é diferente da função g!

18 Fatoração Para o GeoGebra CAS, (x 2 1)/(x 1) e x + 1 são expressões iguais. Elas são realmente iguais? Mais precisamente, se f (x) = x 2 1 x 1 e g(x) = x + 1, então as funções f e g são iguais? Resposta: Não! Note que D(f ) = R {1} R = D(g). Logo a função f é diferente da função g!

19 Fatoração Para o GeoGebra CAS, (x 2 1)/(x 1) e x + 1 são expressões iguais. Elas são realmente iguais? Mais precisamente, se f (x) = x 2 1 x 1 e g(x) = x + 1, então as funções f e g são iguais? Resposta: Não! Note que D(f ) = R {1} R = D(g). Logo a função f é diferente da função g!

20 Fatoração Para o GeoGebra CAS, (x 2 1)/(x 1) e x + 1 são expressões iguais. Elas são realmente iguais? Mais precisamente, se f (x) = x 2 1 x 1 e g(x) = x + 1, então as funções f e g são iguais? Resposta: Não! Note que D(f ) = R {1} R = D(g). Logo a função f é diferente da função g!

21 Definindo funções com o GeoGebra. O GeoGebra já possui um grande número de funções pré-definidas, mas muitas vezes precisaremos definir nossas próprias funções. Por exemplo, para definir a função que a cada número associa o seu quadrado, digitamos no Campo de Entrada: f (x) = x 2 e depois apertamos a tecla (ENTER).

22 Definindo funções com o GeoGebra. Agora podemos calcular o valor dessa função em pontos específicos. Por exemplo, digite no Campo de Entrada: f (1), depois f (2), etc.

23 Função definida em um intervalo fechado Para definir uma função num intervalo [a, b], deve-se utilizar o comando: função[f (x), a, b] Exemplo: função[x 2, 0, 2]

24 Função definida em um intervalo fechado Exemplo: função[sin(x), 0, 2 Pi]

25 Função definida em um intervalo ilimitado É possível definir funções cujos domínios são intervalos não limitados: g(x) = Se[x > 0, cos(x)]

26 Funções definidas em partes O comando Se[ ] também pode ser usado para definir funções definidas por partes. Por exemplo, define a função f (x) = Se[x > 0, sin(1/x), 0] { ( sen 1 ) f (x) = x, se x > 0, 0, se x 0.

27 Funções definidas em partes

28 Limite por ɛ e δ Nas notas de aula, para mostrar que lim (x 2 +1) = 5, vimos que x 2 dado ɛ > 0, basta tomar δ = min{ ɛ 5, 1}, que teremos a condição: 0 < x 2 < δ f (x) 5 < ɛ. Vamos visualizar essa condição: Acesse o site: Clique sobre a Atividade de Laboratório.

29 Limite por ɛ e δ

30 Limite por ɛ e δ Por exemplo, para ɛ = 2, temos δ = min{1, ɛ 5 } = ɛ 5.

31 Limite por ɛ e δ Já para ɛ = 6, temos δ = min{1, ɛ 5 } = 1.

32 Calculando Limite com o GeoGebra Vamos calcular o seguinte limite, usando o GeoGebra. lim x π 4 sen(x) cos(x). 1 tg(x) Para tanto, abra um novo arquivo e exiba a janela CAS.

33 Calculando Limite com o GeoGebra Na Janela CAS, digite: f (x) := (sin(x) cos(x))/(1 tan(x))

34 Calculando Limite com o GeoGebra Em seguida, digite na Janela CAS: Limite[f (x), Pi/4]

35 Calculando Limite com o GeoGebra Abra um novo arquivo e defina a função f (x) = x x, digitando na janela CAS: f (x) := abs(x)/x

36 Calculando Limite com o GeoGebra Agora, digitando na janela CAS: Limite[f (x), 0] observamos que o limite não existe.

37 Calculando Limite com o GeoGebra Podemos calcular o limite lateral CAS o seguinte comando: LimiteInferior[f (x), 0] x lim, digitando na janela x 0 x

38 Calculando Limite com o GeoGebra Para o limite lateral x lim, digitamos na janela CAS o se- x 0 + x guinte comando: LimiteSuperior[f (x), 0]

39 Calculando Limite com o GeoGebra Para calcular o limite x + 1 lim x x 2 + 3, primeiramente, defina a função na janela CAS, digitando f (x) := (x + 1)/(x 2 + 3)

40 Calculando Limite com o GeoGebra Em seguida, digite o comando: Limite[f (x), ]

41 Calculando Limite com o GeoGebra

42 Encontrando Assíntotas com o GeoGebra O GeoGebra também nos ajuda a encontrar assíntotas. exemplo, na janela CAS defina a função: Por f (x) := 1/((x 3)(x + 4)).

43 Encontrando Assíntotas com o GeoGebra Na janela CAS, digite: Assíntota[f (x)]

44 Zeros de funções polinomiais com o GeoGebra Abra um novo arquivo, exiba a Janela de Visualização e feche a Janela CAS. No Campo de Entrada digite: f (x) := x 3 3x 2 + 1

45 Zeros de funções polinomiais com o GeoGebra No campo de Entrada, digite: N = Raiz[f (x)].

46 Zeros de funções com o GeoGebra Quando a função não for polinomial, precisamos dar um chute inicial. Por exemplo, em nossa aula, vimos que a equação cos(x) = x tem pelo menos uma solução no intervalo [0, 2]. Abra um novo arquivo, e defina a função diferença f (x) := cos(x) x. Na janela de Entrada, digite N = Raiz[f (x), 1].

47 Zeros de funções com o GeoGebra