Page 1

2ª Edição

D I S C I P L I N A

Cálculo I

Limite de funções reais em um ponto Autores André Gustavo Campos Pereira Joaquim Elias de Freitas Roosewelt Fonseca Soares

aula

01


Governo Federal

Revisoras de Língua Portuguesa

Presidente da República Luiz Inácio Lula da Silva

Janaina Tomaz Capistrano Sandra Cristinne Xavier da Câmara

Ministro da Educação Fernando Haddad

Revisores Técnicos Leonardo Chagas da Silva Thaísa Maria Simplício Lemos

Secretário de Educação a Distância – SEED Carlos Eduardo Bielschowsky

Revisora Tipográfica Nouraide Queiroz

Universidade Federal do Rio Grande do Norte Reitor José Ivonildo do Rêgo

Ilustradora Carolina Costa

Vice-Reitora Ângela Maria Paiva Cruz

Editoração de Imagens Adauto Harley Carolina Costa

Secretária de Educação a Distância Vera Lúcia do Amaral Secretaria de Educação a Distância- SEDIS

Diagramadores

Coordenadora da Produção dos Materiais Marta Maria Castanho Almeida Pernambuco

Bruno de Souza Melo Dimetrius de Carvalho Ferreira Ivana Lima Johann Jean Evangelista de Melo

Coordenador de Edição Ary Sergio Braga Olinisky

Adaptação para Módulo Matemático André Quintiliano Bezerra da Silva Kalinne Rayana Cavalcanti Pereira Thaísa Maria Simplício Lemos

Projeto Gráfico Ivana Lima Revisores de Estrutura e Linguagem Eugenio Tavares Borges Jânio Gustavo Barbosa Thalyta Mabel Nobre Barbosa

Colaboradora Viviane Simioli Medeiros Campos Imagens Utilizadas Banco de Imagens Sedis - UFRN Fotografias - Adauto Harley Stock.XCHG - www.sxc.hu

Revisora das Normas da ABNT Verônica Pinheiro da Silva

Divisão de Serviços Técnicos Catalogação da publicação na Fonte. UFRN/Biblioteca Central “Zila Mamede”

Pereira, André Gustavo Campos    Cálculo I  /  André Gustavo Campos Pereira, Joaquim Elias de Freitas, Roosewelt Fonseca Soares. – Natal, RN: EDUFRN Editora da UFRN, 2008.    220 p.

   1. Cálculo.  2. Funções reais.  3. Reta real.  4. Funções compostas. I. Freitas, Joaquim Elias de. II Soares, Roosewelt Fonseca. III. Título. ISBN: 978-85-7273-398-4 RN/UF/BCZM

2008/12

CDD 515 CDU 517.2/.3

Copyright © 2007  Todos os direitos reservados. Nenhuma parte deste material pode ser utilizada ou reproduzida sem a autorização expressa da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte.


Apresentação

N

a disciplina de Pré-Calculo, você trabalhou da aula 8 à aula 15 com uma das ferramentas mais importantes da Matemática: as funções. Viu por meio de exemplos a sua importância, entendeu sua definição, estudou seu comportamento (crescimento e decrescimento) e aprofundou tal estudo com exemplos mais importantes de funções: as polinomiais, a exponencial, a logarítmica e as trigonométricas. Aprendeu, por exemplo, que f : (1, 5) → R para saber o que acontece com a função no ponto 4 basta calcular x −→ 2x a imagem de 4, ou seja, calcular f (4) = 2.4 = 8, já que 4 ∈ (1, 5) = Df . Nesta aula, não estaremos interessados em saber quem é f (4) , mas o que acontece com a função quando estamos “bem próximos de 4”. Vamos aprender sobre o limite de uma função.

Objetivos Ao final desta aula, esperamos que você: tenha uma idéia sobre o significado do limite de uma função em um ponto; saiba calcular alguns limites simples; e utilizar saiba as propriedades de limites.

2ª Edição

Aula 01  Cálculo I




Limites de uma função real O que lhe vem à cabeça quando alguém fala em limite? Observe estes exemplos, quando você está querendo estudar cálculo e um amigo não te deixa em paz, você olha para ele e diz “estou chegando no meu limite”, ou quando alguém está enchendo um copo e o líquido vai se aproximando da borda, normalmente dizemos que o líquido está chegando no limite do copo. Nesses exemplos, o ponto limite foi atingido? Vamos verificar. Quando você falou com seu amigo, já pulou no pescoço dele? Parece que não, ou seja, você não atingiu seu limite, mas esteve próximo dele. No segundo exemplo, o líquido tinha subido até a borda do copo? Ainda não, mas estava se aproximando dela. Pois bem, quando falamos do limite de uma função em um ponto a , não estamos ainda no ponto a , mas nos aproximando desse ponto. Em outras palavras: não estamos falando de f (a) mas dos valores de f nos pontos bem próximos de a . Antes de tudo precisamos entender direitinho o que significa “pontos bem próximos de a ”. Seja f : (b, c) → R uma função e a ∈ (b, c). Observe o gráfico seguinte. Nele podemos nos aproximar de a por dois lados, tanto pela direita, ou seja, por valores maiores que a , quanto pela esquerda, ou seja, por valores menores que a .

Gráfico 1 - Significado geométrico de aproximação do ponto



Aula 01  Cálculo I

a , tanto pela esquerda quanto pela direita

2ª Edição


Lembre-se de que num gráfico o ponto a do domínio é marcado no eixo das abscissas e o valor f (a) é marcado no eixo das ordenadas, conforme a Figura 1. Assim, para saber o que acontece com o f (x) quando x varia, assumindo valores próximos de a , precisamos nos concentrar apenas no eixo y através da imagem de tais pontos pela f . Vamos deixar a idéia de aproximar pela direita e pela esquerda mais clara. Usemos a Figura 1 como referência: dizer que um ponto x se aproxima de a pela esquerda, significa que x está assumindo valores cada vez mais próximos de a e sempre menores que a . Se concordarmos em representar ∆x como uma quantidade positiva bem pequena, dizer, então, que um ponto x se aproxima de a pela esquerda é dizer que x é da forma x = a − ∆x . E “se aproximar” significa fazer esse valor ∆x ficar cada vez menor. De maneira análoga, dizer que x se aproxima de a pela direita é dizer que x é da forma x = a + ∆x e, novamente, “se aproximar” significa fazer esse valor ∆x ficar cada vez menor. Assim, se queremos saber o que acontece com f (x) quando x se aproxima de a pela direita, devemos estudar f (x) = f (a + ∆x) com o ∆x cada vez menor. E se queremos saber o que acontece com f (x) quando x se aproxima de a pela esquerda, devemos estudar f (x) = f (a − ∆x) com o ∆x cada vez menor.

Exemplo 1 Considere f : R → R dada por f (x) = x2 + 2 . O que acontece com f (x) quando x

se aproxima:

a) ������������������� de 4 pela esquerda? b) ������������������ de 4 pela direita?

Solução a) ������������������������������������ Queremos estudar o que acontece com f (x) quando x se aproxima de 4 pela esquerda. Devemos então considerar x = 4 − ∆x e observar se f (x) = f (4 − ∆x) se aproxima de algum valor, à medida que ∆x fica cada vez menor. Calculemos, então: f (x) = f (4 − ∆x) = (4 − ∆x)2 + 2 = 42 − 2.4.∆x + ∆x2 + 2 = 16 − 8∆x + ∆x2 + 2 = 18 − 8∆x + ∆x2 .

2ª Edição

Aula 01  Cálculo I




Façamos agora o ∆x ficar pequeno. ∆x = 0.1 ∆x = 0.01 ∆x = 0.001 ∆x = 0.0001 ∆x = 0.00001 ∆x = 0.000001

− − − − − −

f (4 − ∆x) = 18 − 8.0.1 + (0.1)2 = 17.210000000000 f (4 − ∆x) = 18 − 8.0.01 + (0.01)2 = 17.920100000000 f (4 − ∆x) = 18 − 8.0.001 + (0.001)2 = 17.992001000000 f (4 − ∆x) = 18 − 8.0.0001 + (0.0001)2 = 17.999200010000 f (4 − ∆x) = 18 − 8.0.00001 + (0.00001)2 = 17.999920000100 f (4 − ∆x) = 18 − 8.0.000001 + (0.000001)2 = 17, 999992000001

Note que f (4 − ∆x) está ficando cada vez mais próximo de 18.

b) ������������������������������������ Queremos estudar o que acontece com f (x) quando x

se aproxima de 4 pela direita. Devemos então considerar x = a + ∆x e observar se f (x) = f (4 + ∆x) se aproxima de algum valor, à medida que ∆x fica cada vez menor. Calculemos, então:

f (x) = f (4+∆x) = (4+∆x)2 +2 = 42 −2.4.∆x+∆x2 +2 = 16+8∆x+2 = 18+8∆x.

Façamos agora o ∆x ficar pequeno. ∆x = 0.1 ∆x = 0.01 ∆x = 0.001 ∆x = 0.0001 ∆x = 0.00001 ∆x = 0.000001

− − − − − −

f (4 + ∆x) = 18 + 8.0.1 + (0.1)2 = 18.810000000000 f (4 + ∆x) = 18 + 8.0.01 + (0.01)2 = 18.080100000000 f (4 + ∆x) = 18 + 8.0.001 + (0.001)2 = 18.008001000000 f (4 + ∆x) = 18 + 8.0.0001 + (0.0001)2 = 18.000800010000 f (4 + ∆x) = 18 + 8.0.00001 + (0.00001)2 = 18.000080000100 f (4 + ∆x) = 18 + 8.0.000001 + (0.000001)2 = 18.000008000001

Note que f (4 + ∆x) está ficando cada vez mais próximo de 18. Agora é sua vez!!!

Atividade 1 Considere f : R → R dada por f (x) = x2 + 2x + 4 . O que acontece com f (x) quando x se aproxima:

a) ������������������� de 1 pela esquerda? b) ������������������ de 1 pela direita?



Aula 01  Cálculo I

2ª Edição


Muito bem, agora que já temos a idéia do que significa f (x) se aproximar de algum valor quando x se aproxima de um ponto dado, estamos prontos para entender as definições de limite à direita, limite à esquerda e limite de uma função.

Definição 1 Seja f : A → R uma função e a ∈ R tal que existe um intervalo (c, a) ⊂ A . Dizemos que o limite de f (x) quando x tende a a pela esquerda é igual a L, se ao tomarmos 0 < ∆x < a − c e, de todas as formas possíveis, o fizermos se aproximar de zero, obtermos que f (a + ∆x) se aproxima de L. Chamamos L de limite de f (x) quando x tende a a pela esquerda e denotamos por lim− f (x) = L . x→a

Definição 2 Seja f : A → R uma função e a ∈ R tal que existe um intervalo (c, a), (a, d) ⊂ A . Dizemos que o limite de f (x) quando x tende a a pela direita é igual a L, se ao tomarmos 0 < ∆x < d − a e, de todas as formas possíveis, o fizermos se aproximar de zero, obtermos que f (a + ∆x) se aproxima de L. Chamamos L de limite de f (x) quando x tende a a pela direita e denotamos isso por lim f (x) = L . x→a+

Definição 3 Seja f : A → R uma função e a ∈ R tal que existam intervalos (c, a), (a, d) ⊂ A . Dizemos que o limite de f (x) quando x tende a a é igual a L, se os limites à esquerda e à direita de f (x) quando x tende a a , existem e são iguais a L. A esse valor comum chamamos o limite de f (x) quando x tende a a , e denotamos por lim f (x) = lim f (x) = L = lim f (x) .

x→a+

2ª Edição

x→a−

x→a

Aula 01  Cálculo I




Algumas explicações se fazem necessárias neste momento. n  

Por que na primeira definição precisamos que ter 0 < ∆x < a − c ?

Para garantirmos que a − ∆x com ∆x pequeno pertence ao domínio da f e podermos assim calcular a imagem destes pontos f (a − ∆x) sem problemas. n  �������������������������������������������������������� Por que a frase: de todas as formas possíveis que fizer

∆x se aproximar de zero,

obtermos que f (a − ∆x) se aproxima de L. Porque pode acontecer que ao fazermos ∆x se aproximar de zero da seguinte maneira: ∆x = 0.1, ∆x = 0.01, ∆x = 0.001, ∆x = 0.0001, ∆x = 0.00001, ∆x = 0.000001, ... f (a − ∆x) se aproxima de L

E ao fazermos ∆x se aproximar de zero da seguinte maneira: ∆x = 1/2, ∆x = 1/4, ∆x = 1/8, ∆x = 1/16, ∆x = 1/32, ∆x = 1/64, . . . f (a − ∆x) se aproxima de L1 com L1 = L .

Quando tal situação ocorre não podemos dizer que o limite à esquerda é igual a L. Na verdade quando tal situação ocorre dizemos que não existe o limite à esquerda e conseqüentemente não existirá o limite, pois, pela definição de limite, precisamos que os limites laterais existam e sejam iguais. Como um deles não existe, a definição de limite não é satisfeita.

Exemplo 2 π  Seja f : (−∞, 0) → R definida por f (x) = sen . Verifique se existe ou não o x limite à esquerda no ponto x = 0.

Primeiramente, note que não podemos substituir o ponto x = 0 na expressão da função, uma vez que a função não está definida no ponto 0 (esse ponto não pertence ao domínio da f). Consideremos duas maneiras de ∆x se aproximar de zero. 1ª Maneira 1 1 1 1 1 ∆x = , , , , , . . . para esses valores, temos 2 4 8 16 32    π  f (0 − ∆x) = f (−∆x) = sen = π f (0 − ∆x) = f (−∆x) = sen −∆x = −∆x = sen(−2π), sen(−4π), sen(−8π), sen(−16π), sen(−32π), . . . = sen(−2π), sen(−4π), sen(−8π), sen(−16π), sen(−32π), . . . 

Aula 01  Cálculo I

2ª Edição


Note que cada um desses valores é igual a zero, portanto temos que f (0 − ∆x) se aproxima de (na verdade, é igual a) 0. 2ª Maneira 2 2 2 2 2 ∆x = , , , , , . . . para esses valores temos 3 7 11 15 19   π f (0 − ∆x) = f (−∆x) = sen = −∆x           3π 7π 11π 15π 19π sen − , sen − , sen − , sen − , sen − ,... 2 2 2 2 2

Note que cada um desses valores é igual a um, portanto temos que f (0 − ∆x) se aproxima de (na verdade, é igual a) 1. Ou seja, maneiras diferentes de se aproximar de x = 0 está nos levando a f (0 − ∆x) se aproximando de valores diferentes. Ou melhor, não estamos tendo f (0 − ∆x) se aproximando sempre do mesmo valor independentemente da maneira como ∆x se aproxima de zero. Portanto pela definição, temos que o limite à esquerda não existe, pois, caso existisse, teríamos que ter que f (0 − ∆x) se aproximando sempre do mesmo valor independentemente da maneira como ∆x se aproxima de zero. Mas, então, nunca conseguiremos calcular um limite, uma vez que teremos que testar todas as maneiras possíveis de ∆x se aproximar de zero? Calma, não precisa ficar nervoso!!! Os casos em que não existe o limite é que são complicados; quando o limite existe, esses cálculos não são, em geral, tão difíceis e alguns argumentos nos asseguram que não precisaremos passar o resto da vida fazendo ∆x se aproximar de zero de todas as formas possíveis. Vejamos alguns exemplos para constatar o que acabamos de dizer.

Exemplo 3 Verifique se o limite lateral à direita de f : R → R definida por f (x) = x2 + 3 no ponto 2 existe. Caso exista, calcule-o.

Solução Vamos lá, queremos saber se os limites laterais existem, comecemos com limite lateral à direita. Para mostrar que o limite lateral à direita existe, precisamos fazer ∆x se aproximar de zero e verificar o que ocorre com f (2 + ∆x) . Calculemos f (2 + ∆x) . f (2 + ∆x) = (2 + ∆x)2 + 3 = 4 + 4∆x + ∆x2 + 3 = 7 + 4∆x + ∆x2

2ª Edição

Aula 01  Cálculo I




Neste ponto é que precisamos garantir que qualquer que seja a forma pela qual ∆x se aproxime de zero, f (2 + ∆x) sempre se aproximará de um mesmo valor. Aqui, entra em ação dois argumentos simples: n  primeiro

argumento: se posso fazer uma quantidade tão pequena quanto eu queira, então, qualquer múltiplo dessa quantidade também pode ser feito tão pequeno quanto eu queira, ou seja, se ∆x se aproxima de zero, então, K∆x também se aproxima de zero, sendo K uma constante fixa;

n  segundo

argumento: se posso fazer uma quantidade tão pequena quanto eu queira, então, qualquer potência dessa quantidade também pode ser feita tão pequena quanto eu queira, ou seja, se ∆x se aproxima de zero, então, ∆xn também se aproxima de zero, para qualquer n natural.

Com esses argumentos em mente, podemos afirmar que qualquer que seja a maneira pela qual ∆x se aproxime de zero, temos que 4∆x + ∆x2 também se aproxima de zero, o que implica f (2 + ∆x) = 7 + 4∆x + ∆x2 se aproximar de 7. Como esse argumento vale, qualquer que seja a forma pela qual ∆x se aproxime de zero, temos então, pela nossa definição, que o limite à direita de f no ponto x = 2 existe e vale 7, ou seja, lim f (x) = 7

x→2+

Atividade 2 1 2



Aula 01  Cálculo I

Use os argumentos anteriormente enunciados para garantir que o limite à esquerda também existe e calcule-o. Verifique ainda se o limite de f no ponto x = 2 existe. Considere a função f : (−∞, 0) ∪ (0, ∞) → R

definida por

|x| . Verifique se os limites laterais no ponto x = 0 existem; x em caso afirmativo, calcule-os. Verifique se também existe o limite no ponto x = 0. f (x) =

2ª Edição


Propriedades Sejam f, g : A → R e a ∈ R tais que existem lim f (x) = L e lim g(x) = M . x→a− x→a− Então, vale:

a)  b)  c) 

lim (f (x) + g(x)) = lim f (x) + lim g(x) = L + M ;

x→a−

x→a−

x→a−

lim (f (x) − g(x)) = lim f (x) − lim g(x) = L − M ;

x→a−

x→a−

lim (f (x) · g(x)) =

x→a−

x→a−

   lim f (x) · lim g(x) = L · M ;

x→a−

x→a−

lim f (x) f (x) L x→a− d)  Se lim− g(x) = M = ;  0, então, vale lim = = − lim g(x) M x→a x→a g(x) x→a−

e) 

lim (Kf (x)) = K

x→a−

 lim f (x) = K · L , sendo K uma constante.

x→a−

Essa mesmas propriedades valem para o caso de limite à direita e limite no ponto a ∈ R .

Atividade 3 Enuncie as propriedades para os casos de limite à direita e limite no ponto a ∈ R .

Está ficando cada vez mais fácil, não é?

2ª Edição

Aula 01  Cálculo I




Exemplo 4 Seja f : A → R definida por f (x) = K para todo x ∈ A , ou seja, f é a função constante igual a K, e a ∈ R é tal que existem intervalos (c, a), (a, d) ⊂ A . Calcule os limites laterais de f no ponto a, caso existam, e verifique se f possui limite nesse ponto.

Solução Vamos lá, queremos saber se os limites laterais existem; comecemos com limite lateral à direita no ponto a. Para mostrar que o limite lateral à direita no ponto a existe, precisamos fazer ∆x se aproximar de zero e verificar o que ocorre com f (a + ∆x). Calculemos f (a + ∆x). f (a + ∆x) = K

Neste ponto, é que precisamos garantir que qualquer que seja a forma pela qual ∆x se aproxime de zero, f (a + ∆x) sempre se aproximará de um mesmo valor. Ora, note que qualquer que seja o valor de ∆x temos que f (a + ∆x) = K , ou seja, f (a + ∆x) já é um valor específico (não se aproxima), assim, temos que o limite lateral à direita no ponto a existe e vale K.

Atividade 4 Mostre que o limite lateral à esquerda no ponto a existe e também vale 3. Conclua com isso que o limite no ponto a também existe e vale K.

Exemplo 5 Seja f : A → R definida por f (x) = x para todo x ∈ A, e seja a ∈ R tal que existem intervalos (c, a), (a, d) ⊂ A. Calcule o limite lateral à direita de f no ponto a.

Solução Vamos lá, queremos saber se os limites laterais existem; comecemos, então, com o limite lateral à direita no ponto a. Para mostrar que o limite lateral à direita no ponto a 10

Aula 01  Cálculo I

2ª Edição


existe precisamos fazer ∆x se aproximar de zero e verificar o que ocorre com f (a + ∆x). Calculemos f (a + ∆x). f (a + ∆x) = a + ∆x.

Neste ponto, é que precisamos garantir que, qualquer que seja a forma de ∆x se aproximar de zero, f (a + ∆x) sempre se aproximará de um mesmo valor. Note entretanto que qualquer que seja a forma pela qual ∆x se aproxime de zero, a quantidade a + ∆x se aproxima de a. Dessa forma, temos então que o limite lateral à direita no ponto a existe e vale a.

Atividade 5 Mostre que o limite lateral à esquerda no ponto a existe e também vale a. Conclua com isso que o limite no ponto a também existe e vale a.

Exemplo 6 Com base nos exemplos anteriores, mostre que se f : A → R é definida por f (x) = Kx + B para todo x ∈ A , e a ∈ R é tal que existem intervalos (c, a), (a, d) ⊂ A , então, os limites laterais existem e o limite também existe.

Solução

K

Se definirmos g, h : A → R por g(x) = x e h(x) = B , temos então que f (x) = Kx + B = Kg(x) + h(x) . Pelos exemplos anteriores já vimos que lim g(x) = a x→a−   e lim− h(x) = B e, pelas propriedades, temos que lim (Kg(x)) = K lim g(x) = K · a

 x→a lim g(x) = K · a , portanto,

x→a−

x→a−

x→a−

lim (Kg(x) + h(x)) = lim Kg(x) + lim h(x) = Ka + B

x→a−

2ª Edição

x→a−

x→a−

. Aula 01  Cálculo I

11


Graficamente, a representação de limite em um ponto a ∈ R é a seguinte: se caminharmos sobre o gráfico da função da forma (0 + ∆x, f (0 + ∆x)) , ou da forma (0 − ∆x, f (0 − ∆x)), ambas com ∆x se aproximando de zero, chegaremos ao mesmo ponto. Ou seja, se considerarmos a distância entre esses dois pontos (vista em Geometria Analítica e Números Complexos), essa distância se aproxima de zero quando ∆x se aproxima de zero. E este ponto comum será justamente o (a, f (a)),certo? Note que na definição de limite não pedimos que o ponto a, para o qual calculamos o limite, faça parte do domínio, ou seja, pode acontecer de não existir f (a) . Você deve estar pensando: “Agora complicou tudo de vez!”. Não complicou nada, analise os exemplos gráficos abaixo e veja como é simples.

Exemplo 7

   −1 0 Considere a função f : R → R definida por f (x) =   1 o gráfico dessa função, temos:

x<0 x = 0 . Se esboçarmos x>0

Gráfico 2

Para mostrar que o limite lateral à direita no ponto a = 0 existe, precisamos fazer ∆x se aproximar de zero e verificar o que ocorre com f (0 + ∆x) . Calculemos f (0 + ∆x) = f (∆x) . Note que ∆x > 0 , logo, f (∆x) = 1 . Neste ponto, precisamos garantir que, qualquer que seja a forma de ∆x se aproximar de zero, f (∆x) sempre se aproximará de um mesmo valor. Ora, sabemos que ∆x se aproxima de zero e que é diferente de zero, certo? Mas se ∆x é diferente de zero e é positivo, então f (∆x) = 1, pela própria definição da função. Assim, independentemente da forma pela qual

12

Aula 01  Cálculo I

2ª Edição


∆x se aproxima de zero, temos f (∆x) = 1, ou seja, f (0 + ∆x) = 1 assume um valor que não muda com a variação de ∆x , logo o limite à direita existe e é igual a 1.

Atividade 6 Mostre que o limite à esquerda no ponto a = 0 existe e é igual a -1.

Como o limite à direita no ponto a = 0 é diferente do limite à esquerda no ponto a = 0 , concluímos que não existe o limite da função no ponto a = 0 . Podemos também concluir a não existência desse limite observando o que acontece com a distância entre os pontos (a + ∆x, f (a + ∆x)) e (a − ∆x, f (a − ∆x)), à medida que ∆x se aproxima de zero (Gráfico 3).

0 0

0 0

Gráfico 3

A distância entre os pontos (a + ∆x, f (a + ∆x)) e (a − ∆x, f (a − ∆x)) é: d ((0 + ∆x, f (0 + ∆x)), (0 − ∆x, f (0 − ∆x))) = d((∆x, f (∆x)), (−∆x, f (−∆x))) =   (∆x − (−∆x))2 + (f (∆x) − f (−∆x))2 = 4∆x2 + (1 − (−1)) =  √ √ 4∆x2 + 4 = 4(∆x2 + 1) = 2 ∆x2 + 1 .

A quantidade final anterior é sempre maior que 2, pois ∆x2 + 1 é sempre maior que 1 e, conseqüentemente, sua raiz também é maior que 1. Ou seja, a distância entre os

2ª Edição

Aula 01  Cálculo I

13


pontos (0 + ∆x, f (0 + ∆x)) e (0 − ∆x, f (0 − ∆x)) não se aproxima de zero quando ∆x tende a zero, logo o limite não existe, como já tínhamos comprovado analiticamente (por meios de cálculos). Note que outra coisa interessante aconteceu nesse exemplo: os limites laterais existiram, mas nenhum deles foi igual ao valor da função no ponto a = 0 , que vale f (0) = 0 . Ou seja, mesmo que os limites laterais existam, nenhum deles é obrigatoriamente igual ao valor da função no ponto (quando esta estiver definida no ponto).

Atividade 7 Dados as funções e seus gráficos a seguir, verifique se os limites laterais nos pontos pedidos existem. Em caso afirmativo, calcule-os. Baseado nos limites laterais, verifique se o limite no ponto dado existe. Caso exista, verifique se o limite coincide com o valor da função no ponto dado.

1

O ponto: a = 0 . A função f : R → R definida por f (x) = x2 .

Gráfico 4

2

O ponto: a = 0 . A função f : R → R definida por f (x) =

14

Aula 01  Cálculo I

x2 1

x = 0 . x=0

2ª Edição


Gráfico 5

3

O ponto: a = 3 . A função f : R → R definida por  −x x<3 f (x) = x x≥3

3

3

-3

Gráfico 6

2ª Edição

Aula 01  Cálculo I

15


Resumo Nesta aula, vimos que existem duas formas de nos aproximarmos de um ponto na reta: por valores menores (à esquerda) ou por valores maiores (à direita). Tais formas de aproximação nos levaram à definição de limites laterais com os quais pudemos definir o limite de uma função real quando nos aproximamos do ponto em estudo. Vimos que o limite pode ser calculado inclusive em pontos nos quais a função não está definida e que, quando tratamos de limites, estamos interessados no valor da função em pontos próximos do ponto em estudo e não no ponto em si.

Auto–avaliação 1

2

Sabemos que, na maioria das vezes, uma função representa um fenômeno físico que está sendo estudado. Você conseguiria imaginar um fenômeno cujos limites laterais em algum ponto fossem diferentes? Iguais? Iguais, mas diferentes da função no ponto em questão? Você conseguiria imaginar um fenômeno cujos limites laterais não existissem? Ou existissem, mas a função não fosse definida no ponto em questão?

Referências ANTON, Howard. Cálculo: um novo horizonte. 6. ed. Porto Alegre: Bookman, 2000. 1 v. GUIDORIZZI, Hamilton Luiz. Um curso de cálculo. 5. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2001. 1 v.

16

Aula 01  Cálculo I

2ª Edição


Cálculo I – INTERDISCIPLINAR

EMENTA

A reta real. Funções reais. Limite e proximidade. Continuidade. Taxa de variação. Derivada. Aplicações da derivada (problemas de máximo e mínimo, aplicações da derivada em Física, Química, Ecologia, Economia). O processo de integração; A integral definida. Integral indefinida. Técnicas de integração. Aplicações da integral (área de superfícies de revolução, volume de sólidos de revolução, comprimentos de curvas, trabalho, centros de gravidade). Equações diferenciais de primeira ordem. Equações diferenciais autônomas. Um panorama da história do cálculo. AUTORES n 

André Gustavo Campos Pereira

n 

Joaquim Elias de Freitas

n 

Roosewelt Fonseca Soares

AULAS 01   Limite de funções reais em um ponto 02   Funções contínuas 03   Taxa de variação 04   A Derivada 05   Derivadas de funções compostas 06   Aplicações da derivada 07   Mais aplicações – Gráficos de funções

10   A integral definida 11   Propriedades da integral definida e técnicas de integração 12   Mais técnicas de integração e a integral imprópria

2º Semestre de 2008

09   Mais primitivas e as somas de Riemann

Impresso por: Texform

08   A primitiva


Cal i a01  
Read more
Read more
Similar to
Popular now
Just for you