Sumário 1 CAPÍTULO 1 Revisão de álgebra 2 Conjuntos numéricos 2 Conjuntos 3 Igualdade de conjuntos 4 Subconjunto de um conjunto 4 Complemento de um conjunto 4 Conjunto vazio 4 Conjunto universo 5 Interseção de conjuntos 5 União de conjuntos 5 Conjuntos disjuntos 6 Diagramas de Venn 7 Diferença de conjuntos 7 Produto cartesiano de dois conjuntos 7 Propriedade dos conjuntos 8 Leis de De Morgan 11 Ordenação do conjunto dos números reais 11 Intervalos 12 Potenciação de números racionais 13 Propriedades da potenciação 15 Expressões algébricas 15 Polinômios 17 Produtos notáveis 19 Adição e subtração de frações algébricas 19 Equações do primeiro grau 20 Equações de segundo grau 20 Fatoração de equações de segundo grau 21 Coordenadas cartesianas no plano
25 CAPÍTULO 2 Funções 26 Introdução 27 Função composta 30 Função inversa 33 Funções implícitas 34 Função linear 40 Inequação produto e quociente 45 Função modular 50 Função raiz quadrada 52 Equações quadráticas 77 Função exponencial 86 Função logarítmica 95 Funções trigonométricas 115 CAPÍTULO 3 Aplicações 115 Conceitos econômicos 143 CAPÍTULO 4 Limites 143 Limites 144 Propriedades dos limites 147 Forma indeterminada do tipo 150 Limites no infinito 153 Forma indeterminada do tipo 155 Limites laterais 0 0 165 CAPÍTULO 5 Continuidade das funções 165 Definição 166 Condições de continuidade 166 Continuidade de funções poliminais 168 Continuidade em um intervalo aberto 169 Continuidade à direita 169 Continuidade à equerda
170 Continuidade em um intervalo fechado 171 Tipos de descontinuidades e assíntotas 173 Assíntota vertical 174 Assíntota horizontal 193 CAPÍTULO 6 Derivadas das funções de uma variável 193 Definição de primeira derivada 194 Interpretação geométrica da derivada 195 Fórmulas para derivação 219 Diferencial 220 Derivadas de ordem superior 222 Análise marginal 237 CAPÍTULO 7 Máximos e mínimos de funções de uma variável 237 Funções crescentes e decrescentes 238 Pontos críticos 239 Máximos e mínimos relativos ou locais 239 Máximos e mínimos absolutos 241 Teste da segunda derivada 246 Ponto de inflexão 269 CAPÍTULO 8 Teorema de L Hospital 269 Teorema de L Hospital 269 Formas indeterminadas do tipo 0 e 0 273 Formas indeterminadas do tipo.0 275 Formas indeterminadas do tipo 0 0 276 Formas indeterminadas do tipo 0 277 Formas indeterminadas do tipo 1 279 Formas indeterminada do tipo
285 CAPÍTULO 9 Integração 285 Integração 285 Integração indefinida 290 Integral definida 302 Formas padrão de integração 311 Integração por partes 314 Integração por frações parciais 321 Integração por substituição racionalizante 323 Integração por substituição mista 325 Aplicações 333 CAPÍTULO 10 Álgebra matricial 333 Introdução 333 Noção de matriz 335 Operações com matrizes 347 Determinante de uma matriz 348 Sistemas lineares 357 CAPÍTULO 11 Funções de mais de uma variável 357 Definição 359 Derivada parcial 362 Derivadas de ordem superior 365 Diferencial total 367 Derivada total 371 Derivada de funções implícitas 373 Aplicações 385 CAPÍTULO 12 Máximos e mínimos de funções de duas variáveis 385 Definição 385 Máximos e mínimos de funções de duas variáveis 391 Aplicações 395 Máximos e mínimos restritos ou condicionados: método dos multiplicadores de Lagrange 399 Aplicações de máximos e mínimos condicionados
405 CAPÍTULO 13 Máximos e mínimos de funções com n variáveis 405 Máximos e mínimos não condicionados 410 Máximos e mínimos condicionados 417 Aplicações 425 CAPÍTULO 14 Integrais múltiplas 425 Definição 427 Integrais duplas 434 Aplicações 443 CAPÍTULO 15 Sequências e séries 443 Definição 444 Séries positivas 446 Séries alternadas 449 Teste da comparação 458 Séries de potências 467 CAPÍTULO 16 Equações diferenciais 467 Introdução 468 Definição e classificação 469 Equações diferenciais separáveis 471 Equações diferenciais homogêneas 475 Equações diferenciais exatas 478 Equações diferenciais lineares 479 Equações diferenciais lineares em uma função de y ou x 482 Aplicações Exercícios complementares disponíveis na página do livro www.cengage.com.
1 Revisão de álgebra Após o estudo deste capítulo, você estará apto a conceituar: w Conjuntos numéricos w Igualdade de conjuntos w Subconjunto de um conjunto w Complemento de um conjunto w Conjunto vazio w Conjunto universo w Interseção de conjuntos w União de conjuntos w Conjuntos disjuntos w Diagramas de Venn w Diferença de conjuntos w Produto cartesiano de conjuntos w Potenciação de números racionais w Produtos notáveis w Equações de primeiro e segundo graus Capítulo 1 Revisão de álgebra 1
Conjuntos numéricos Aqui serão considerados os conjuntos da Tabela 1.1. Tabela 1.1: Conjuntos numéricos Conjunto Notação Números naturais = {0, 1, 2,...} n Números naturais não-nulos = {1, 2,...} n* Números inteiros = {... 3, 2, 1, 0, 1, 2,...} Z Números inteiros não negativos = {0, 1, 2,...} Z + Números inteiros positivos = {1, 2,...} * Z + Números inteiros não positivos = {... 3, 2, 1, 0} Números inteiros negativos = {... 3, 2, 1,...} Z _ * Z _ Números racionais = {x x = p, p, q Z, q 0} q Números irracionais: números que não podem ser escritos da forma p, p, q 0 q Exemplos: 2, 3, p = 3,1415..., e = 2,718281... Números reais: conjunto dos números racionais e irracionais Q I R Números reais positivos R + Números reais positivos excluído o zero * R + Números reais negativos Números reais negativos excluído o zero R _ * R _ Conjuntos Qualquer coleção de objetos, tais como as laranjas de uma árvore, os números naturais menores que 40 etc., será denominada conjunto. As laranjas e os números são denominados elementos dos respectivos conjuntos. A notação geralmente utilizada é letra maiúscula para conjunto e letra minúscula para elemento. Seja X um conjunto e x 1, x 2 elementos de X. A notação utilizada para indicar que um elemento pertence a um conjunto é: x 1 X e x 2 X A notação utilizada para indicar que um elemento x 3 não pertence a X é: x 3 X 2 matemática aplicada à administração, economia e contabilidade
w Exemplo 1.1 1 1 N; Z; 0,14 R+ 2 Os conjuntos podem ser definidos por enunciados precisos, em palavras ou em forma tabular, pela apresentação de seus elementos entre um par de chaves. w Exemplo 1.2 A = {a} é o conjunto formado por um único elemento a, que é chamado conjunto unitário. B = {a, b, c} é o conjunto formado por três elementos a, b, c. C = {1, 2, 3, 4, 5, 6} é o conjunto dos números naturais positivos menores que 7. D = {0, 2, 4, 6,...} é o conjunto dos números naturais pares. E = {... 10, 8, 6, 4, 2, 0, 2, 4, 6,...} é o conjunto dos números inteiros divisíveis por 2. Os conjuntos C, D e E podem ser também definidos como: C = {x x N *, x < 7} D = {x x N, x é par} E = {x x Z, x é divisível por 2} Igualdade de conjuntos Se dois conjuntos A e B têm os mesmos elementos, eles são iguais, e escreve-se: A = B. Para indicar que A e B não são iguais, escreve-se A B. w Exemplo 1.3 A = {2, 5, 7} e B = {7, 2, 5} A = B, pois a ordem não é importante. w Exemplo 1.4 A = { 3, 2, 1} e B = {1, 2, 3} A B, pois os elementos de A são diferentes de B. w Exemplo 1.5 A = {1, 2, 4} e B = {2, 4, 5} A B, pois o elemento 1 pertence a A e não pertence a B, e o elemento 5 perten ce a B e não pertence a A. Capítulo 1 Revisão de álgebra 3
Subconjunto de um conjunto Seja X um conjunto. Qualquer conjunto A, cujos elementos são também elementos de X, é dito estar contido em X e é denominado subconjunto de X. A notação utilizada é A Ì X. w Exemplo 1.6 Sejam X = {x, y, z} e A = {x, y} A Ì X, pois todos os elementos de A estão em X. w Exemplo 1.7 Sejam X = {x N x é par} e A = {2, 4, 6} A Ì X, pois todos os elementos de A estão em X. Complemento de um conjunto Seja A um subconjunto de X. Então, X contém os elementos de A e outros elementos que não estão em A. O conjunto dos elementos de X que não pertencem a A é denominado complemento de A em X. A notação utilizada é A ou A. w Exemplo 1.8 Seja X = {a, b, c, d, e}. O complemento de A = {a, b} em X é A = {c, d, e} = A. Conjunto vazio O conjunto vazio é o conjunto que não possui elementos. A notação é ou { }. Conjunto universo Seja U o conjunto universo. Se U, então U é o conjunto de todos os elementos possíveis. w Exemplo 1.9 Seja N o conjunto universo e A = {3, 4, 5}. Pode-se afirmar que A Ì N. 4 matemática aplicada à administração, economia e contabilidade
Interseção de conjuntos Sejam dois conjuntos A e B. O conjunto de todos os elementos que estão em ambos os conjuntos A e B é denominado interseção de A e B. A notação utilizada é A B. Logo, A B = {x x A e x B}. w Exemplo 1.10 Sejam A = {2, 3, 4} e B = {4, 5, 6} A B = {4}. w Exemplo 1.11 Sejam A = {x N x < 10} e B = {x N x < 20} A B = A. União de conjuntos Sejam dois conjuntos A e B. O conjunto de todos os elementos que estão em A ou em B é denominado união de A e B. A notação utilizada é A B. w Exemplo 1.12 Sejam A = {1, 2, 3} e B = {4, 5, 6} A B = {1, 2, 3, 4, 5, 6}. w Exemplo 1.13 Sejam A = {x N x < 4} e B = {x N x 4} A B = N. Conjuntos disjuntos Dois conjuntos são denominados disjuntos se não possuem elementos em comum, isto é, A B =. w Exemplo 1.14 Sejam A = {1, 2, 3} e B = {4, 5, 6} A e B são disjuntos, pois A B =. Capítulo 1 Revisão de álgebra 5
Diagramas de Venn O complemento, a interseção e a união de conjuntos podem ser representados por meio de diagramas de Venn. Nos diagramas a seguir, o conjunto universo U é representado pelos pontos no interior do retângulo. No Gráfico 1.1, os subconjuntos A e B de U satisfazem a relação A Ì B. A B U Gráfico 1.1: A Ì B No Gráfico 1.2, os subconjuntos A e B de U satisfazem a relação A B =. U A B Gráfico 1.2: A B No Gráfico 1.3, os subconjuntos A e B de U satisfazem a relação A B. U A x B Gráfico 1.3: A B 6 matemática aplicada à administração, economia e contabilidade
No Gráfico 1.4, os subconjuntos A e B de U satisfazem a relação A B = {1, 2, 3}, A B = {3}. U A 1 2 3 B Gráfico 1.4: A B Diferença de conjuntos A diferença de dois conjuntos A e B é o conjunto dos elementos de A que não pertencem a B. A notação utilizada é A B. w Exemplo 1.15 Sejam A = {1, 2, 3, 4, 5} e B = {1, 2} A B = {3, 4, 5}. Produto cartesiano de dois conjuntos O produto cartesiano de dois conjuntos A e B é um conjunto de pares ordenados, onde x A e y B. A notação utilizada é AB = {(x, y) x A e y B}. w Exemplo 1.16 Sejam A = {1, 2} e B = {0, 4} AB = {(1, 0); (1, 4); (2, 0); (2, 4)} (A) ( A ) = A (B) = U Propriedade dos conjuntos Capítulo 1 Revisão de álgebra 7
(C) U = (D) A A = (E) A = A (F) A = A (G) A U = U (H) A A = A (I) A A = U (J) A U = A (K) A = (L) A A = A (M) A A = (N) (A B) C = A (B C) (associativa para união) (O) (A B) C = A (B C) (associativa para interseção) (P) A B = B A (comutativa para união) (Q) A B = B A (comutativa para interseção) (R) A (B C) = (A B) (A C) (distributiva) (S) A (B C) = (A B) (A C) (distributiva) Leis de De Morgan (A) (A B) = A B (B) (A B) = A B (C) A (B C) = ( A B) (A C) (D) A (B C) = (A B) (A C) w Exemplo 1.17 Sejam A = {1, 2, 3}, B = {4, 5, 6}, C = {7, 8} e U = N (A) A B = {1, 2, 3, 4, 5, 6,} (B) (A B) = N {1, 2, 3, 4, 5, 6} (C) A = N {1, 2, 3} (D) B = N {4, 5, 6} (E) A B = N {1, 2, 3, 4, 5, 6} = (A B) (F) A B = (G) (A B) = N (H) A B = N = (A B) (I) B C = {4, 5, 6, 7, 8} 8 matemática aplicada à administração, economia e contabilidade
(J) A (B C) = {1, 2, 3} = A (K) A B = {1, 2, 3} = A (L) A C = A (M) (A B) (A C) = A = A (B C) Exercício resolvido w Exercício 1.1 Dados os conjuntos A = {x N x é ímpar}, B = {x N x é par} e C = {x N x é múltiplo de 3}, determine se as afirmativas são verdadeiras ou falsas. Justifique. (A) 3 A Verdadeiro, pois 3 é um número natural ímpar. (B) 5 A Falso, pois 5 não é um número natural ímpar. (C) 4 B Verdadeiro, pois 4 é um número natural par. (D) 1 B 3 Falso, pois 1 não é um número natural par. 3 (E) 9 C Verdadeiro, pois 9 é um número natural múltiplo de 3. (F) 12 C Falso, pois 12 não é um número natural múltiplo de 3. (G) 2 A Verdadeiro, pois 2 não é um número natural ímpar. (H) A B Verdadeiro, pois nenhum número natural ímpar é par. (I) B C Falso, pois somente alguns números naturais pares são múltiplos de 3. (J) A C Verdadeiro, pois somente alguns números naturais ímpares são múltiplos de 3. (K) B C = Falso, pois existem alguns números pares que são múltiplos de 3. Capítulo 1 Revisão de álgebra 9
(L) A B = N Verdadeiro, pois N é o conjunto dos números naturais pares e ímpares. (M) (A C) B = Verdadeiro, pois A C = {x N x é ímpar e múltiplo de 3}. (N) (A C) B =, pois não existe nenhum número natural ímpar e múltiplo de 3 que seja par. (O) A B N x Gráfico 1.5: A B Solução: O diagrama de Venn é falso, pois A B =. (P) A A N Gráfico 1.6: A Solução: O diagrama de Venn é verdadeiro, pois A = N A. (Q) B A A B Gráfico 1.7: A B 10 matemática aplicada à administração, economia e contabilidade
Solução: O diagrama de Venn é verdadeiro, pois A = B, B = A e A B = A B = N N (A B). (R) A C B N x y Gráfico 1.8: A C Ø e B C Ø Solução: O diagrama de Venn é verdadeiro, A C Ø, pois existem números naturais ímpares múltiplos de 3; e B C Ø, pois existem números naturais pares múltiplos de 3. Ordenação do conjunto dos números reais Existe uma correspondência biunívoca entre os números reais e os pontos da reta ordenada. Diz-se que um número a é menor que um número b (ou b é maior que a) se a representação na reta ordenada é: a b cuja notação é a < b ou b > a. As expressões do tipo x < y são denominadas desigualdades, e x y significa que x é menor ou igual a y (ou de modo análogo, y x, y é maior ou igual a x ). Também pode ser escrito a < x < b para exprimir que o número x está entre a e b, ou seja, x é maior que a e menor que b. Intervalos Algumas desigualdades importantes são denominadas intervalos. Intervalo fechado: [a; b] é o conjunto de números reais compreendidos entre a e b, incluindo a e b. Representação na reta: Capítulo 1 Revisão de álgebra 11