Universidade Federal do Rio de Janeiro Instituto de Matemática Departamento de Matemática

Documentos relacionados
Lista de Exercícios de Cálculo 2 Módulo 1 - Primeira Lista - 01/2017

UFV - Universidade Federal de Viçosa CCE - Departamento de Matemática

Exercícios de Cálculo III - CM043

(a) Calcule, justicando, o limite das seguintes sequências: = 1. x n = (n 1 n ) limn. x x 2 = lim. 2x = lim. 2n n

2.2. Séries de potências

Cálculo Diferencial e Integral I Resolução do 2 ō Teste - LEIC

==Enunciado== 2. (a) Mostre que se h(t) é uma função seccionalmente contínua e periódica, de período T, que admite transformada de Laplace, então

FEUP - MIEEC - Análise Matemática 1

Universidade Federal de Ouro Preto Departamento de Matemática MTM123 - Cálculo Diferencial e Integral II Lista 3 - Tiago de Oliveira

Ficha de Problemas n o 10: Séries (soluções)

CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL I MEC & LEGM 1 o SEM. 2009/10 7 a FICHA DE EXERCÍCIOS

Lista de Exercícios de Cálculo 2 Módulo 1 - Primeira Lista - 01/2018

Instituto de Matemática e Estatística da USP MAT Cálculo Diferencial e Integral IV para Engenharia 2a. Prova - 2o. Semestre /10/2014

MAT Cálculo Diferencial e Integral para Engenharia IV Escola Politécnica - 1 a Prova - 30/08/2010 Gabarito - Prova Tipo A.

Cálculo Diferencial e Integral I 1 o Exame - (MEMec; MEEC; MEAmb)

1 Formulário Seqüências e Séries

SUCESSÕES E SÉRIES. Definição: Chama-se sucessão de números reais a qualquer f. r. v. r., cujo domínio é o conjunto dos números naturais IN, isto é,

Séquências e Séries Infinitas de Termos Constantes

BÁRBARA DENICOL DO AMARAL RODRIGUEZ CINTHYA MARIA SCHNEIDER MENEGHETTI CRISTIANA ANDRADE POFFAL SEQUÊNCIAS NUMÉRICAS. 1 a Edição

Capítulo I Séries Numéricas

MAT Cálculo Diferencial e Integral para Engenharia IV 2 o Semestre de a Lista de exercícios. x 2. + d) x. 1 2 x3. x x8.

Análise Matemática I 2 o Exame

Centro de Ciências Tecnológicas - CCT - Joinville Departamento de Matemática Lista 5 de Cálculo Diferencial e Integral II Sequências e Séries

CAPÍTULO 8. Exercícios Inicialmente, observamos que. não é série de potências, logo o teorema desta

5 DESENVOLVIMENTOS EM SÉRIE DE POTÊNCIAS

Exercícios Complementares 2.2

Os testes da Comparação, Raiz e Razão e Convergência absoluta

(i) (1,5 val.) Represente na forma de um intervalo ou de uma união disjunta de intervalos cada um dos conjuntos seguintes:

Ajuste de Curvas pelo Método dos Quadrados Mínimos

Séries e Equações Diferenciais Lista 02 Séries Numéricas

Capítulo VII: Soluções Numéricas de Equações Diferenciais Ordinárias

FUNÇÕES CONTÍNUAS Onofre Campos

a) n tem raio de convergência 1=L.

1. Definição e conceitos básicos de equações diferenciais

Seqüências e Séries. Notas de Aula 4º Bimestre/2010 1º ano - Matemática Cálculo Diferencial e Integral I Profª Drª Gilcilene Sanchez de Paulo

Instituto de Matemática - UFRJ Análise 1 - MAA Paulo Amorim Lista 2

1.1. Ordem e Precedência dos Cálculos 1) = Capítulo 1

CÁLCULO DIFERENCIAL. Conceito de derivada. Interpretação geométrica

Sucessões. , ou, apenas, u n. ,u n n. Casos Particulares: 1. Progressão aritmética de razão r e primeiro termo a: o seu termo geral é u n a n1r.

MATEMÁTICA II. Profa. Dra. Amanda Liz Pacífico Manfrim Perticarrari

MAT CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL IV (IFUSP) Professor Oswaldo Rio Branco de Oliveira Período: Segundo Semestre de LISTA DE EXERCÍCIOS

Análise Infinitesimal II LIMITES DE SUCESSÕES

A exponencial. Praciano-Pereira, Tarcisio

Matemática. B) Determine a equação da reta que contém a diagonal BD. C) Encontre as coordenadas do ponto de interseção das diagonais AC e BD.

1. Resolução da lista 1. Primeiro apresentaremos uma integral importante, obtida a partir da distribuição gama generalizada.

Cálculo II Sucessões de números reais revisões

Escola Secundária com 3º ciclo D. Dinis 11º Ano de Matemática A Tema III Sucessões Reais. TPC nº11 (entregar no dia 20 de Maio de 2011) 1ª Parte

4 SÉRIES DE POTÊNCIAS

. Dessa forma, quanto menor o MSE, mais a imagem

Interpolação. Interpolação Polinomial

(x a) f (n) (a) (x t) n dt. (x t) f (n) (t)

an converge. a n converge.

( 1)n n n n=0 3 n. n=0. n=0. p n) = n=0. ( n+1+ n) ( 1) n=0 pn : ( p n+1+ p n) n+1 n + 1!

Séries de Fourier. As séries de Fourier são séries cujos termos são funções sinusoidais.

MATEMÁTICA A PREPARAR O EXAME. 12.º ano Ensino Secundário Ana Martins Helena Salomé Liliana dos Prazeres Silva José Carlos da Silva Pereira

Instituto Universitário de Lisboa

Alguns autores também denotam uma sequência usando parêntesis:

FICHA de AVALIAÇÃO de MATEMÁTICA A 11.º Ano Versão 5

CPV O cursinho que mais aprova na fgv

Exercícios de DSP: 1) Determine se os sinais abaixo são periódicos ou não e para cada sinal periódico, determine o período fundamental.

Matemática II º Semestre 2ª Frequência 14 de Junho de 2011

11 Aplicações da Integral

MAT Cálculo Diferencial e Integral para Engenharia IV 2o. Semestre de a. Lista de exercícios: Séries de Potências e Séries de Fourier

FICHA de AVALIAÇÃO de MATEMÁTICA A 11.º Ano de escolaridade Versão 3

Instituto Politécnico de Viseu Escola Superior de Tecnologia e Gestão

FICHA de AVALIAÇÃO de MATEMÁTICA A 11.º Ano de escolaridade Versão 4

MAT Cálculo Diferencial e Integral para Engenharia IV 2o. Semestre de a. Lista de exercícios: Séries de Potências e Séries de Fourier

Secção 1. Introdução às equações diferenciais

Séries e aplicações15

Capítulo II - Sucessões e Séries de Números Reais

Exercícios de Aprofundamento Matemática Progressão Aritmética e Geométrica

FICHA de AVALIAÇÃO de MATEMÁTICA A 12.º Ano Versão 1

Novo Espaço Matemática A 12.º ano Proposta de Teste [março ]

M23 Ficha de Trabalho SUCESSÕES 2

Universidade Federal Fluminense - UFF-RJ

É necessário justificar todas as passagens. Boa Sorte!

CAPÍTULO IV DESENVOLVIMENTOS EM SÉRIE

Lista de Exercícios Método de Newton

Questão 1. Questão 2. Questão 3. Resposta. Resposta. Resposta

Método alternativo para calcular a constante de Apéry

Proposta de teste de avaliação

Sucessão ou Sequência. Sucessão ou seqüência é todo conjunto que consideramos os elementos dispostos em certa ordem. janeiro,fevereiro,...

S E Q U Ê N C I A S E L I M I T E S. Prof. Benito Frazão Pires. Uma sequência é uma lista ordenada de números

Fundamentos de Análise Matemática Profª Ana Paula. Sequência Infinitas

POLINÔMIOS E SÉRIES DE TAYLOR. 2. Polinômios e Séries de Taylor 2 3. Fórmulas do Resto e Convergência 3 4. Operações com séries de Taylor 8

FICHA de AVALIAÇÃO de MATEMÁTICA A 12.º Ano Versão 4

EME 311 Mecânica dos Sólidos

ITA Destas, é (são) falsa(s) (A) Apenas I (B) apenas II (C) apenas III (D) apenas I e III (E) apenas nenhuma.

Aplicações lineares. Capítulo Seja T: a) Quais dos seguintes vectores estão em Im( T )? 1 i) 4. 3 iii) ii)

Métodos iterativos. Métodos Iterativos para Sistemas Lineares

Sequências e Séries. Sadao Massago

FICHA de AVALIAÇÃO de MATEMÁTICA A 12.º Ano Versão 3

Preliminares 1. 1 lim sup, lim inf. Medida e Integração. Departamento de Física e Matemática. USP-RP. Prof. Rafael A. Rosales. 8 de março de 2009.

Solução Comentada Prova de Matemática

1.4 Determinantes. determinante é igual ao produto dos elementos da diagonal principal menos o produto dos elementos da diagonal secundária.

PROPOSTA DE RESOLUÇÃO DA PROVA DE MATEMÁTICA A DO ENSINO SECUNDÁRIO (CÓDIGO DA PROVA 635) 2ª FASE 22 DE JULHO 2016 GRUPO I

ESCOLA BÁSICA DE ALFORNELOS

MATEMÁTICA II. 01. Uma função f, de R em R, tal. , então podemos afirmar que a, b e c são números reais, tais. que. D) c =

Definição 1: Sequência é uma lista infinita de números reais ordenados.

Capítulo II Propagação de erros (cont.)

Transcrição:

Uiversidade Federal do Rio de Jaeiro Istituto de Matemática Departameto de Matemática Disciplia: Cálculo Diferecial e Itegral IV Uidades: Escola Politécica e Escola de Quimica Código: MAC 248 Turmas: Egeharias Gabarito da o Prova 2 o Sem/22 Data: 8/2/22 () (2, p) Aalise a covergêcia das séries abaixo idicadas: (a) (b) cos(θ), (, p) ( ) ( 2 + 5), (, p) 3 + a) Seja b = cos(θ) logo b = cos(θ) c, e θ R ode c =. Observemos que a série associada c coverge pois é uma série p Harmôica (ou p-série) com p = 3/2 > logo covergete. Etão pelo critério de comparação, temos que b coverge. Por propriedades das séries abs. covergetes afirmamos que coverge. b) Seja b = ( ) ( 2 +5). Observemos que 3 + b b = 2 + 5 3 + = 2 ( + 5/ 2 ) 3 ( + / 3 ) = ( + 5/ 2 ) ( + / 3 ), cosiderado a sequêcia d = e lembrado que a série associada d diverge e tomado limite b lim d = lim ( + 5/ 2 ) ( + / 3 ) = >,

2 aplicado o critério de comparação por limite, ambas séries divergem, isto é, b diverge. Agora olhemos a série como uma série umérica alterada. Usaremos o Critério de Leibiz para mostrar que ela é covergete, isto é, precisamos mostrar que: i) lim b =, e ii) b + b. Para mostrar i), tomemos limite a fução f(x) = (x2 +5) quado x, aplicado a regra de L Hôspital, pois os poliômios são difereciáveis, (x 3 +) obtemos lim f(x) = x lim x x 2x 3x 2 = lim x 2 3x = logo lim f() = Em relação a ii) podemos cocluir que, é de fato verdade, se mostrarmos que a derivada da fução { (x2 +5) } é egativa para todo x R x 3 +. Verificaremos esta última afirmação abaixo: [ ] d (x 2 + 5) = x4 + 5x 2 2x <, se x, dx (x 3 + ) (x 3 + ) 2 pois o deomiador é positivo para todo x real. Equato o umerador é claramete egativo para todo x. Podemos cocluir que a série é codicioalmete covergete. (2) (2,5 p) Respoda as seguites questões: (a) Sabedo que a fução l ( + x) é aalítica para x <, mostre que: l ( + x) = x x2 2 + x3 3 x4 4 + x5 5 +, x < (b) Seja s(x) a soma da série x2 2 x3 3.2 + x4 4.3 x5 +, x <. Determie a 5.4 fução s(x) em termos de fuções elemetares. Justifique (,2 p) a) Usado séries geométricas, obtemos que + x = ( ) x, abs.covergete x < como x são cotiuas em x <. Etão + t dt = ( ) t dt,

3 o qual é equivalete a (l( + t)) dt = Pelo Teorema fudametal do cálculo l( + x) l = ( ) ( ) Seja f(x) = l( + x) derivado, obtemos x x, x <. f (x) = +x f () = f (x) =, (+x) 2 f () = f (x) = ( ) 2 2, (+x) 3 f () = ( ) 2 2 f iv (x) = ( ) 3 2.3, (+x) 4 f iv () = ( ) 4.2.(4 ). Podemos cocluir que f () = ( ) ( )!, como a = f () podemos cocluir que a = ( ). Além disso, a fução f(x)! é aalítica em x < logo a x = f(x). b) Seja s(x) = x2 x3 + x4 x5 + abs. covergete x <. Como s(x) é 2 3.2 4.3 5.4 aalítica em toro de, derivemos itegrado s (x) = x x2 2 + x3 3 x4 4 + = l( + x), s (t)dt = l( + t)dt, s(x) s() = t l( + t) x t + t dt s(x) s() = t l( + t) x x + l( + x), x < ode dada a cotíuidade da soma s(x) temos que s() =. (3) (3, p) Cosidere a equação diferecial de Tchebycheff ( x 2 )y xy + α 2 y = α R () Sabedo que y = a y (x) + a y 2 (x) é a solução geral da equação por série em toro do poto x =. (a) Determie uma cota iferior para o raio de covergêcia das soluções em série y (x) e y 2 (x) liearmete idepedetes da equação em toro de x =. (b) Determie a relação de recorrêcia. Justifique. (,3 p) (c) Determie a solução geral da equação de Tchebycheff. Justifique. (,2 p)

4 a) Sejam a(x) = x 2, b(x) = x e c(x) = α 2, sem fatores comus e α R. Para ecotrar a cota iferior dos raios das soluções da equação, obteremos os raios das fuções p(x) = b(x) c(x) e de q(x) =, isto é, para x a(x) a(x) = R p = mi{ z x ; a(z) = } este caso z = ± tomado distâcia, obtemos z x =. Logo R p =. Aalogamete, R q =. Portato, a cota iferior será R = mi{r p, R q } =. b) Mostremos que o poto x = é um poto ordiário da equação. Observemos que x = x 2 abs.cov. x < 2 logo p(x) = q(x) = ( )x 2+ abs.cov. x < α 2 x 2 abs.cov. x <, etão p, q são fuções aalíticas em toro de x =. Aplicado o Teorema das soluções para poto ordiário, toda solução será da forma y(x) = a x abs.cov. x < R, (2) substituido (2)em (), obtemos { ( + 2)( + )a +2 ( )a a + α 2 a }x =, x < R, (3) o que é equivalete a ode b x =, x < R, (4) b = ( + 2)( + )a +2 ( 2 α 2 ) a, N. Por propriedades das séries abs.covergetes e (4), obtemos b =, N, o que ós leva a obter a relação de recorrêcia a +2 = ( 2 α 2 ) ( + 2)( + ) a, N. (5)

5 c) Calculemos os coeficietes a de idice par: o que os leva a =, a 2 = α2 2. a, = 2, a 4 = (22 α 2 )( α 2 ) 4!... a 2 = ( ) α 2 (α 2 2 2 ) [α 2 (2 2) 2 ] a,. (6) (2)! Calculemos os coeficietes a de idice ímpar: o que os leva a =, a 3 = α2 3.2 a, = 3, a 5 = (32 α 2 )( α 2 ) 5!... a 2+ = ( ) (α 2 )(α 2 3 2 ) [α 2 (2 + ) 2 ] a,. (7) (2 + )! Defiamos as soluções usado (2) (a) a = e a = : y (x) = + a 2 x 2 ode a 2 estão defiidas em (6). (b) a = e a = : y 2 (x) = x + a 2+ x 2+. Portato, a solução geral da equação () é da forma y(x) = c y (x) + c 2 y 2 (x), sedo c e c 2 costates arbitrárias. a a (4) (2,5 p) Cosidere a fução g(t) = { se t, t < π, t > π Resolva o Problema de Valor Iicial (PVI) { y + 4y = g(t) + δ(t π 2 ) y() = y () =. Justifique sua resposta. (8)

6 Observemos que a fução g pode ser represetada em termos de fu oões de grau, isto é, g(t) = set u π (t)set = set + u π se(t π) (9) Aplicado trasformada de Laplace em g e usado o Teorema de traslação a variável t, obtemos L{g(t)} = L{set} + L{u π (t)se(t π)} = s 2 + + e πs s 2 +. () Agora apliquemos a trasformada de Laplace a equação (8) s 2 L{y} sy() y () + 4L{y} = L{g(t)} + L{δ(t π 2 )}. Logo resolvedo a equação algebrica, obtemos L{y} = (s 2 + )(s 2 + 4) + e πs (s 2 + )(s 2 + 4) + e πs/2 (s 2 + 4). () Cosidere a fução H(s) =. Vamos calcular h(t) = (s 2 +)(s 2 +4) L {H(s)}. Usado frações parciais, reescrevemos H(s) = ( ) ( ) 2. 3 s 2 + 6 s 2 + 4 Logo, Além disso, seja h(t) = L {H(s)} = 3 set 6 se2t. G(s) = e πs/2 (s 2 + 4) Aplicado trasformada de Lapace iversa, obtemos ode g(t) = L {G(s)} = L { e πs/2 (s 2 + 4) } = z(t π/2)u π/2 (t), z(t) = L { (s 2 + 4) } = 2 se2t Por ()e aplicado trasformada de Laplace iversa, temos y(t) = h(t) + u π (t)h(t π) + z(t π/2)u π/2 (t) = 6 (2set se2t)) + 6 u π(t)(2se(t π) se(2t 2π)) + 2 se2(t π/2)u π/2(t) = 6 (2set se2t)) 6 u π(t)(2set + se2t) 2 se(2t) u π/2(t).

Professores: Cecilia, Jaques, Marcelo,Marisa, Patricia, Pedro. 7