Integrais. ( e 12/ )

Documentos relacionados
Derivadas. Derivadas. ( e )

Primitivas e a integral de Riemann Aula 26

Integral definida. Prof Luis Carlos Fabricação 2º sem

O logarítmo e aplicações da integral Aula 31

MAT 121 : Cálculo Diferencial e Integral II. Sylvain Bonnot (IME-USP)

Fun c ao Logaritmo Fun c ao Logaritmo ( ) F. Logaritmo Matem atica II 2008/2009

Terceira Lista de Exercicios de Cálculo I Rio de Janeiro 1 de abril de 2013

MAT Aula 21/ Segunda 26/05/2014. Sylvain Bonnot (IME-USP)

Fun c ao Exponencial Fun c ao Exponencial ( ) F. Exponencial Matem atica II 2008/2009

UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO. Resumo. Nesta aula, apresentaremos a noção de integral indefinidada. Também discutiremos

UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO

Área e Teorema Fundamental do Cálculo

Integrais. Parte I I. Integrais Indefinidos [ELL] Definição

Gabarito da Prova Final Unificada de Cálculo I- 2015/2, 08/03/2016. ln(ax. cos (

Integral Definida. a b x. a=x 0 c 1 x 1 c 2 x 2. x n-1 c n x n =b x

Aplicações de. Integração

Capítulo 5 Integral. Definição Uma função será chamada de antiderivada ou de primitiva de uma função num intervalo I se: ( )= ( ), para todo I.

1 A Equação Fundamental Áreas Primeiras definições Uma questão importante... 7

Cálculo Diferencial e Integral I

A integral definida Problema:

Exercícios de MATEMÁTICA COMPUTACIONAL. 1 0 Semestre de 2009/2010 Resolução Numérica de Equações Não-Lineares

MAT146 - Cálculo I - Cálculo de Áreas

Sobre Desenvolvimentos em Séries de Potências, Séries de Taylor e Fórmula de Taylor

Derivada de algumas funções elementares

Marina Andretta/Franklina Toledo. 25 de outubro de 2013

Integração por partes

AT4-1 - Unidade 4. Integrais 1. Cálculo Diferencial e Integral. UAB - UFSCar. Bacharelado em Sistemas de Informação. 1 Versão com 14 páginas

Capítulo 5 Integrais Múltiplas

Cálculo II (Primitivas e Integral)

Cálculo Numérico BCC760 Integração Numérica

INTEGRAL DEFINIDA APLICAÇÕES. Aula 05 Matemática II Agronomia Prof. Danilene Donin Berticelli

Diferenciabilidade de função de uma variável

Lista 1 - Cálculo Numérico - Zeros de funções

x 2 + (x 2 5) 2, x 0, (1) 5 + y + y 2, y 5. (2) e é positiva em ( 2 3 , + ), logo x = 3

A Derivada. Derivadas Aula 16. Alexandre Nolasco de Carvalho Universidade de São Paulo São Carlos SP, Brazil

Neste capítulo estamos interessados em resolver numericamente a equação

Cálculo Numérico. Santos Alberto Enriquez-Remigio FAMAT-UFU 2015

MAT 3210 Cálculo Diferencial e Integral II. Prova 1 D

Integração Numérica. = F(b) F(a)

Exercícios de ANÁLISE E SIMULAÇÃO NUMÉRICA

Aplicação de Integral Definida: Volumes de Sólidos de Revolução

Métodos Numéricos - Notas de Aula

Apostila Cálculo Diferencial e Integral I: Integral

Derivada - Parte 2 - Regras de derivação

Matemática Computacional Ficha 5 (Capítulo 5) 1. Revisão matéria/formulário

Fórmulas de Taylor - Notas Complementares ao Curso de Cálculo I

Integrais - Aplicações I

Integrais - Aplicações I. Daniel 26 de novembro de 2016

AT3-1 - Unidade 3. Derivadas e Aplicações 1. Cálculo Diferencial e Integral. UAB - UFSCar. Bacharelado em Sistemas de Informação

Dividir para conquistar. Eduardo Nobre Lages CTEC/UFAL

Aulas n o 22: A Função Logaritmo Natural

Equações não lineares

A derivada (continuação) Aula 17

EXERCICIOS RESOLVIDOS - INT-POLIN - MMQ - INT-NUMERICA - EDO

Integrais - Aplicações I

Integrais - Aplicações I

f(1) = 6 < 0, f(2) = 1 < 0, f(3) = 16 > 0 x [2, 3].

Métodos Matemáticos I. Primitivas. Nos capítulos anteriores interessámos-nos por problemas do tipo:dada uma função, determinar a sua derivada.

Modelagem Computacional. Parte 3 2

GOVERNO FEDERAL MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO CÂMPUS JUAZEIRO/BA COLEG. DE ENG.

Universidade Federal de Viçosa Centro de Ciências Exatas Departamento de Matemática

= 2 sen(x) (cos(x) (b) (7 pontos) Pelo item anterior, temos as k desigualdades. sen 2 (2x) sen(4x) ( 3/2) 3

CÁLCULO I Prof. Marcos Diniz Prof. André Almeida Prof. Edilson Neri Júnior

Aula 14 Áreas entre duas curvas. Volumes e Áreas de sólidos de revolução.

MAT 133 Cálculo II. Prova 1 D

DCC008 - Cálculo Numérico

ANÁLISE MATEMÁTICA II

(1) Defina sequência, série, série convergente e série divergente. a n = 5. (b)

Sabendo que f(x) é um polinômio de grau 2, utilize a formula do trapézio e calcule exatamente

PROBLEMAS DE OLIMPÍADA UNIVERSITÁRIA

PARTE I EQUAÇÕES DE UMA VARIÁVEL REAL

Universidade de São Paulo Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz Departamento de Ciências Exatas

Primitivação de funções reais de variável real

Técnicas de. Integração

Concluímos esta secção apresentando alguns exemplos que constituirão importantes limites de referência. tan θ. sin θ

6.1.2 Derivada de ordem superior e derivação implícita

Renato Martins Assunção

1. Converta os seguintes números decimais para sua forma binária: (a) 22 (b) 255 (c) 256 (d) 0.11 (e) (f)

Aula 6. Doravante iremos dizer que r(t) é uma parametrização da curva, e t é o parâmetro usado para descrever a curva.

Introdução aos Métodos Numéricos

Colectânea de Exercícios, Testes e Exames de Matemática, para Economia e Gestão

Índice. AULA 6 Integrais trigonométricas 3. AULA 7 Substituição trigonométrica 6. AULA 8 Frações parciais 8. AULA 9 Área entre curvas 11

Vamos revisar alguns fatos básicos a respeito de séries de potências

Cálculo Diferencial e Integral I

1. Funções Reais de Variável Real Vamos agora estudar funções definidas em subconjuntos D R com valores em R, i.e. f : D R R

Bases Matemáticas Continuidade. Propriedades do Limite de Funções. Daniel Miranda

Objetivos. Exemplo 18.1 Para integrar. u = 1 + x 2 du = 2x dx. Esta substituição nos leva à integral simples. 2x dx fazemos

Introdução aos Métodos Numéricos

MAT 3210 Cálculo Diferencial e Integral II. Prova 1 A

MAT 3210 Cálculo Diferencial e Integral II. Prova 1 B

MAT 3210 Cálculo Diferencial e Integral II. Prova 1 D

CÁLCULO I. 1 A Função Logarítmica Natural. Objetivos da Aula. Aula n o 22: A Função Logaritmo Natural. Denir a função f(x) = ln x;

Lista de exercícios sobre integrais

velocidade média = distância tempo = s(t 0 + t) s(t 0 )

Introdução aos Métodos Numéricos

Cálculo Diferencial e Integral I Mestrado Integrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores 2 o Teste (V1) - 15 de Janeiro de h00m

Licenciatura em Engenharia Electrotécnica e de Computadores. 1 a chamada Ou seja,

Cálculo Diferencial e Integral I

BIE Ecologia de Populações

Transcrição:

Integrais (21-04-2009 e 12/19-05-2009)

Já estudámos a determinação da derivada de uma função. Revertamos agora o processo de derivação, isto é, suponhamos que nos é dada uma função F e que pretendemos determinar a função f cuja derivada é F. O processo que consiste em determinar a função f, dada F, designa-se por primitivação.

Vejamos o seguinte exemplo. Seja F(x) = 2x. Pretendemos determinar f(x) tal que f (x) = 2x. Uma função f que satisfaz esta condição é f(x) = x 2, pois (x 2 ) = 2x. Mas a função f(x) = x 2 + 2 também satisfaz esta condição, pois (x 2 + 2) = 2x. Somente as funções f(x) = x 2 + C, com C uma constante, satisfazem a condição F(x) = 2x. Assim, dizemos que a primitiva geral de F(x) = 2x é f(x) = x 2 + C, onde C é uma constante arbitrária.

O processo de determinar uma primitiva de uma função é também denominado integração. A função resultante da integração é designada por integral indefinida ou simplesmente integral. Denotamos a primitiva geral (ou a integral indefinida) de uma função f(x) por f(x) dx Escreve-se 2x dx para indicar a primitiva geral da função f(x) = 2x e lê-se a integral de 2x em relação a x. 2x integrando sinal de integral (indica o processo de integração) dx indica que a integral é tomada em relação a x.

Potências de x x n dx = xn+1 + C ( para n 1) n + 1 De facto, ( xn+1 n + 1 + C) = ( xn+1 n + 1 ) + (C) = 1 n + 1 (n + 1)x(n+1) 1 + 0 = x n Exemplos x 4 dx = x4+1 4 + 1 + C = x5 5 + C x 1 x 1 3 +1 3 dx = 1 3 + 1 + C = x 2 3 x dx = x 1 x 1 2 +1 2 dx = 1 2 3 2 + 1 + C = x + C = 3x 2 3 2 + C 3 2 3 2 + C = 2x 2 3 3 + C

Constante a a dx = ax + C De facto, (ax + C) = (ax) + (C) = a + 0 = a Exemplos 1 dx = 1x + C = x + C 2 dx = 2x + C 2 3 dx = 2 3 x + C

Constante a vezes uma função f af(x) dx = a f(x) dx De facto, (a f(x) dx) = a( f(x) dx) = af(x) Exemplos 3x 4 dx = 3 1 2 x2 dx = 1 2 x 4 dx = 3[ x4+1 4 + 1 = 1 2.x3 3 + C 1 = x3 6 + C 1 + C] = 3.x5 5 + 3C = 3.x5 5 + C 1 x 2 dx = 1 x2+1.[ 2 2 + 1 + C] = 1 2.x3 3 C 2

Soma de funções f e g (f(x) + g(x)) dx = f(x) dx + g(x) dx De facto, ( f(x) dx + g(x) dx) = ( f(x) dx) + ( g(x) dx) = f(x) + g(x) Exemplos (x 3 +4) dx = x 3 dx+ 4 dx = x3+1 3+1 +C 1+4x+C 2 = x4 4 +4x+C 3 (2x 1 4 + 5x 1) dx = 2x 1 4 dx + 5x dx + 1 dx = 2 x 1 4 dx+5 x dx x+c 1 = 2[ x 1 4 +1 +C 1 2]+5[ x1+1 4 +1 1+1 +C 3] x+c 1 = 2. x 5 4 5 4 + 2C 2 + 5. x2 2 + 5C 3 x + C 1 = 2. 4x 5 4 5 + 5x2 2 x + C 4 = 8x 5 4 5 + 5x2 2 x + C 4

Potências de uma função f(x) f (x).[f(x)] n dx = [f(x)]n+1 + C ( para n 1) n + 1 De facto, ( [f(x)]n+1 + C) = ( [f(x)]n+1 n + 1 n + 1 ) + (C) = 1 n + 1 (n + 1)f (x)[f(x)] (n+1) 1 + 0 = f (x).[f(x)] n Exemplos 3x 2 (x 3 1) 2 dx = (x3 1) 2+1 + C = (x3 1) 3 + C 2 + 1 3 x 3 (x 4 + 2) 5 dx = 1 4x 3 (x 4 + 2) 5 dx = 1 + 2) 5+1 4 4 [(x4 5 + 1 1 + 2) 6 4.(x4 + C 6 4 = (x4 + 2) 6 + C 1 24 + C] =

Exponencial de uma função f(x) f (x).e f(x) dx = e f(x) + C De facto, (e f(x) + C) = (e f(x) ) + (C) = f (x).e f(x) + 0 = f (x).e f(x) Exemplos 2xe x 2 dx = e x2 + C cos xe sin x dx = e sin x + C x 2 e x3 dx = 1 3 3x 2 e x3 dx = 1 3 [ex3 + C] = ex3 3 + C 3 = ex3 3 + c 1

Exponencial de base a de uma função f(x) f (x).a f(x) dx = af(x) lna + C De facto, ( af(x) ln a +C) = ( af(x) ln a ) +(C) = 1 ln a f (x).a f(x) lna+0 = f (x).a f(x) Exemplos 3x 2 2 x3 dx = 2x3 ln2 + C sinx3 cos x dx = sinx3 cos x dx = 3cos x = 3cos x ln3 + C 1 ln3 C

Quociente da derivada da função pela função f (x) dx = ln f(x) + C f(x) De facto, (ln f(x) + C) = (ln f(x) ) + (C) = f (x) f(x) + 0 = f (x) f(x) Exemplos 1 dx = ln x + C x cos(x) dx = ln sin(x) + C sin(x)

Função seno f (x)sin[f(x)] dx = cos[f(x)] + C De facto, ( cos[f(x)] + C) = ( cos[f(x)]) + (C) = [ f (x)sin[f(x)]] + 0 = f (x)sin[f(x)] Exemplos 2e 2x sin(e 2x ) dx = cos(e 2x ) + C xsin(x 2 ) dx = 1 2 = 1 2 cos(x2 ) + C 1 2xsin(x 2 ) dx = 1 2 ( cos(x2 ) + C)

Função cosseno f (x)cos[f(x)] dx = sin[f(x)] + C De facto, (sin[f(x)] + C) = (sin[f(x)]) + (C) = f (x)cos[f(x)] + 0 = f (x)cos[f(x)] Exemplos 3x 2 cos(x 3 ) dx = sin(x 3 ) + C cos(x + 1) dx = sin(x + 1) + C

Primitivação por partes f(x).g(x) dx = F(x).g(x) F(x).g (x) dx sendo F uma primitiva de f. De facto, [F(x).g(x) F(x).g (x) dx] =[F(x).g(x)] [ F(x).g (x) dx] =F (x)g(x) +F(x)g (x) F(x).g (x) =F (x)g(x) =f(x)g(x)

Exemplo Calculemos xlnx dx Fazendo f(x) = x e g(x) = lnx e atendendo a que F(x) = x2 2 temos xlnx dx = x2 x 2 2 lnx 2.(lnx) dx = x2 x 2 2 lnx 2.1 x dx = x2 2 lnx = x2 2 lnx 1 2 x 2 dx x dx = x2 2 lnx 1 2 (x2 2 + c) = x2 2 lnx x2 4 + c 1

Aplicação (Exercício) Suponha que a receita marginal para um produto é dada por RM(x) = 300 0,2x Determine a função de receita total R(x). Uma vez que a receita marginal para um produto é a derivada da função receita então R(x) = (300 0,2x) dx = 300 dx + 0,2x dx = 300x + c 1 0,2 x dx = 300x + c 1 0,2( x2 2 + c 2) = 300x 0,1x 2 + c 3. Sabemos que R(0) = 0, logo c 3 = 0, e portanto, R(x) = 300x 0,1x 2

Uma das motivações para o estudo dos integrais tem a ver com o problema do cálculo da área de uma região plana. Suponhamos que pretendemos calcular a área da região limitada pelo gráfico de f(x) = x 2, o eixo dos xx e as rectas verticais x = 0 e x = 2.

A área desta região R, será um número. Para definir este número, vamos considerar rectângulos (cuja área sabemos determinar) inscritos na região e rectângulos circunscritos na mesma região. Vamos começar por dividir o intervalo [0,2] em dois sub-intervalos [0,1] e [1,2]. Como f é crescente em [0,2], temos que, em cada sub-intervalo, o máximo M é atingido no extremo superior do intervalo, e o mínimo m é atingido no extremo inferior do sub-intervalo.

A soma das áreas dos rectângulos contidos na região R é 1 0 + 1 1 = 1 A soma das áreas dos rectângulos que contêm R é 1 1 + 1 4 = 5 Nestas condições, observamos que a área da região R é um valor compreendido entre 1 e 5.

Se em vez de dividirmos o intervalo [0,2] em dois sub-intervalos [0,1] e [1,2], dividirmos em mais, por exemplo quatro sub-intervalos [0, 1 2 ], [1 2,1], [1, 3 2 ] e [3 2,2] obtemos o seguinte:

A soma das áreas dos rectângulos contidos na região R é 1 2 0 + 1 2 1 4 + 1 2 1 + 1 2 9 4 = 14 8 A soma das áreas dos rectângulos que contêm R é 1 2 1 4 + 1 2 1 + 1 2 9 4 + 1 2 4 = 30 8 Nestas condições temos que a área da região R é um valor compreendido entre 14 8 e 30 8. Observamos que, se aumentarmos o número de sub-intervalos em que dividimos o intervalo [0,2], este processo leva-nos para um valor mais aproximado do valor correcto da área da região R.

Suponhamos agora um caso mais geral: pretendemos determinar a área da região limitada pelo gráfico de f(x), o eixo dos xx e as rectas verticais x = a e x = b.

Podemos dividir o intervalo [a,b] em n sub-intervalos (não necessariamente iguais), com as extremidades desses intervalos em x 0 = a,x 1,x 2,...,x n = b. Agora escolhemos um ponto (qualquer) em cada sub-intervalo e denotamos os pontos por x 1,x 2,...,x i,...,x n.

Então o i-ésimo rectângulo (para qualquer i) tem altura f(x i ) e largura x i x i 1, de forma que a sua área é f(x i )(x i x i 1 ) Assim, a soma das áreas dos n rectângulos é S = f(x 1 )(x 1 x 0 ) + f(x 2 )(x 2 x 1 ) +... + f(x n)(x n x n 1 ) = n i=1 f(x i )(x i x i 1 ) = n i=1 f(x i ) x i, onde x i = (x i x i 1 )

Como os pontos nos sub-intervalos podem ser escolhidos em qualquer ponto do sub-intervalo, não sabemos se os rectângulos irão superestimar ou subestimar a área sob a curva f(x). Contudo, se aumentarmos o número de sub-intervalos (aumentando o valor de n) e garantirmos que cada sub-intervalo se torne menor, iremos melhorar a aproximação do valor da área. Assim, para qualquer subdivisão de [a,b] e qualquer x i, a área é dada por n A = n lim f(x i) x i máx x i 0 i=1 desde que esse limite exista.

O estudo precedente ocorreu no contexto do cálculo de uma área sob uma curva. Não obstante, se f for uma função qualquer, não necessariamente positiva, definida em [a,b], então para cada subdivisão de [a,b] e cada escolha de x i, definimos a soma n S = f(x i) x i i=1 como a soma de Riemann de f para a subdivisão de [a,b]. O limite da soma de Riemann (quando x i 0) designa-se por Integral definida de f(x) sobre o intervalo [a,b] e denota-se por b a f(x) dx

Integral definida Se f for uma função no intervalo [a,b], então a integral definida de f de a até b é b a f(x) dx = lim n máx x i 0 n f(x i) x i i=1 Se f for contínua, x i for um ponto no i-ésimo intervalo e x i 0 quando n, então o limite existe e dizemos que f é integrável no intervalo [a,b].

Qual a relação entre integral indefinida e integral definida? Vejamos o seguinte exemplo: Consideremos a função receita marginal de um produto RM(x) = R (x) = 300 0,2x Já vimos, num exercício anterior, que a função receita é R(x) = (300 0,2x) dx = 300x 0,1x 2 que é uma integral indefinida da função receita marginal.

A receita da venda de 1.000 unidades do produto é R(1.000) = 200.000 euros. A receita da venda de 500 unidades do produto é R(500) = 125.000 euros. Assim, a receita adicional recebida pela venda de 500 unidades adicionais é 200.000 125.000 = 75.000

Se utilizarmos a definição de integral definida para encontrar a área sob o gráfico da função receita marginal de x = 500 até x = 1.000, encontraremos que a área é 75.000. De facto, a área é a soma das áreas a amarelo e a azul da figura seguinte. Área do rectângulo amarelo = 500 100 = 50.000 Área do triângulo azul = 500 100 2 = 25.000 Assim, a área total é 75.000.

Podemos, então, determinar a receita adicional quando as vendas aumentam de 500 para 1.000, calculando a integral definida 1.000 500 (300 0,2x) dx Em geral, a integral definida b a f(x) dx pode ser utilizada para determinar a variação na função F(x) quando x muda de a para b, onde f(x) é a derivada de F(x). Este resultado é o Teorema Fundamental do Cálculo.

Teorema Fundamental do Cálculo Seja f uma função contínua no intervalo fechado [a,b]. Então a integral definida de f existe nesse intervalo, e b a f(x) dx = F(b) F(a) onde F é qualquer primitiva de f, isto é, qualquer função tal que F (x) = f(x), para todo os x em [a,b].

Exemplos 2 0 π 2 0 (x + 1) dx = [ x2 2 + x]2 0 = (22 + 2) (02 2 2 + 0) = 4 0 = 4 cos x dx = [sinx] π 2 0 = sin π 2 sin0 = 1 0 = 1

Propriedades b a b a a a b a [f(x) ± g(x)] dx = kf(x) dx = k f(x) dx = 0 f(x) dx = b a a b b a f(x) dx f(x) dx f(x) dx ± b a g(x) dx onde k é uma constante

Área sob uma curva Se f for uma função contínua em [a,b] e f(x) 0 em [a,b] então a área entre f(x) e o eixo dos xx de x = a até x = b é dada por b a f(x) dx

Suponhamos que os gráficos de y = f(x) e y = g(x) estão ambos acima do eixo dos xx e que o gráfico de y = f(x) está acima do gráfico de y = g(x) em todo o intervalo [a,b], isto é, f(x) g(x) para todo o x em [a,b].

A integral b a o eixo dos xx f(x) dx fornece a área entre o gráfico de y = f(x) e

A integral b a o eixo dos xx g(x) dx fornece a área entre o gráfico de y = g(x) e

A área da região entre o gráfico de y = f(x) e o gráfico de y = g(x) é dada pela diferença entre as duas áreas anteriores, isto é, Área entre f(x) e g(x) é b a f(x) dx b a g(x) dx

Este resultado é válido mesmo que os gráficos das funções f(x) e g(x) não estejam acima do eixo dos xx. Temos o seguinte resultado. Área entre duas curvas Se f e g forem funções contínuas em [a,b] e se f(x) g(x) em [a,b], então a área da região limitada por y = f(x), y = g(x), x = a e x = b é A = b a [f(x) g(x)] dx

Exemplo Determinemos a área da região limitada por x = 0, x = 1, y = x 2 + 1 e y = x + 1. Comecemos por esboçar os gráficos das funções Como y = x 2 + 1 está acima de y = x + 1 no intervalo [0,1], então a área é A = 1 0 (x2 + x) dx = [ x3 2 6 + 3 6 = 5 6 1 0 [(x 2 + 1) ( x + 1)] dx = 3 + x2 2 ]1 0 = (13 3 + 12 2 ) (03 3 + 02 2 ) = 1 3 + 1 2 =

Outro exemplo Determinemos a área da região limitada por x = 1, x = 0, y = x 2 + 1 e y = x + 1. Comecemos por esboçar os gráficos das funções Como y = x + 1 está acima de y = x 2 + 1 no intervalo [ 1,0], 0 então a área é A = [( x + 1) (x 2 + 1)] dx = 1 0 1 ( x2 x) dx = 0 1 (x2 + x) dx = 0 1 (x2 + x) dx = [ x3 3 + x2 [0 ( 1 3 + 1 2 2 ]0 1 = [(03 3 + 02 )] = 1 3 + 1 2 2 ) (( 1)3 2 6 + 3 6 = 1 6 3 + ( 1)2 2 )] =

Já estudámos algumas técnicas para integração e usámos tabelas para calcular algumas integrais. Contudo, algumas funções não podem ser integradas usando fórmulas de primitivação. Vimos que, para qualquer função f(x) 0 no intervalo [a,b], a integral definida pode ser entendida como uma área e que, geralmente, podemos aproximar a área e, portanto a integral. Um desses métodos de aproximação utiliza os rectângulos, como vimos anteriormente. Agora, vamos considerar um método de integração numérica para aproximar a integral definida designado por Regra dos Trapézios.

Suponhamos que f(x) 0 em [a,b] e subdividamos o intervalo [a,b] em n partes iguais, cada uma de comprimento b a n = h. Podemos aproximar a área em cada subdivisão utilizando um trapézio. A área do trapézio é A 1 = [ B + b ].h 2

Podemos utilizar a fórmula para a área de um trapézio para aproximar a área da primeira subdivisão e, continuar o processo para todas as outras subdivisões. A 1 = [ B + b ]h = [ f(x 0) + f(x 1 ) ]h 2 2 Assim, b a f(x) dx A 1 + A 2 +... + A n 1 + A n = [ f(x 0) + f(x 1 ) ]h + [ f(x 1) + f(x 2 ) ]h +... + [ f(x n 1) + f(x n ) ]h 2 2 2 = h 2 [f(x 0) + f(x 1 ) + f(x 1 ) + f(x 2 ) + f(x 2 ) +... + f(x n 1 ) + f(x n 1 ) + f(x n )]

b a Regra dos Trapézios Se f for contínua no intervalo [a,b], então f(x) dx h 2 [f(x 0) + 2f(x 1 ) + 2f(x 2 ) +... + 2f(x n 1 ) + f(x n )] onde h = b a n e n é o número de subdivisões do intervalo [a,b].

Exemplo 1 x dx Usemos a Regra dos Trapézios para aproximar o valor de 3 1 com n = 4. Comecemos por dividir o intervalo [1,3] em quatro partes iguais de comprimento h = 3 1 4 = 1 2, como a seguir: Pela Regra dos Trapézios, temos 3 1 x dx h 2 [f(x 0) + 2f(x 1 ) + 2f(x 2 ) + 2f(x 3 ) + f(x 4 )] 1 1 2 = [f(1) + 2f(1,5) + 2f(2) + 2f(2,5) + f(3)] 2 = 1 1 [1 + 2( 4 1,5 ) + 2(1 2 ) + 2( 1 2,5 ) + 1 3 ] 0,25(1 + 1,333 + 1 + 0,8 + 0,3333) 1,117

Observemos que: 3 1 O valor de x dx = [lnx]3 1 = ln3 ln1 = ln3 1,099 1 enquanto que, utilizando a Regra dos trapézios com n = 4, 3 1 obtivemos dx 1,117. x 1

Uma vez que, o valor exacto de uma integral raramente se obtém quando se utiliza uma aproximação, torna-se necessário ter alguma forma de julgar a precisão de resposta. Enunciaremos a seguir uma fórmula (sem a demonstrarmos) que pode ser usada para limitar o erro que resulta da utilização da Regra dos Trapézios. Erro da Regra dos Trapézios O erro E na utilização da Regra dos Trapézios para aproximar b a f(x) dx satisfaz E (b a)3 12n 2 [máx a x b f (x) ] onde n é o número de subdivisões do intervalo [a,b] e f (x) é a função derivada da função f (x).