373071-3.2 - a integral de riemann - integral definida
TRANSCRIPT
IFCE
ENGENHARIA DE MECATRÔNICA/TELECOMUNICAÇÕES – 2013-2
CÁLCULO II
A Integral de Riemann
.Esboce a região cuja área está representada pela integral definida e calcule a integral usando uma fórmula
apropriada de geometria: 4 4 1 2
1 1 0a) 2 b) 2 c) 1dx ( x )dx ( x )dx
I. A Integral Defenida: Propriedades
a) 0 pois 0a a a
f ( x )dx , f ( x )dx F( x ) F( a ) F( a )a a a
b) F(b a a b
f ( x )dx f ( x )dx ( x ) ) F( a ) F(b ) F(b ) F( a ) f ( x )dxa b ab
c) b b
a ak. f ( x )dx k. f ( x )dx d) , a c b
b c b
a a cf ( x )dx f ( x )dx f ( x )dx
5) Se f for integrável em [a, b] e f(x) 0 então: 0b
af ( x )dx
6) Se f e g forem integráveis em [a, b] e f(x) g(x) então:
, a c b b c b
a a cf ( x )dx f ( x )dx f ( x )dx
Condições para a integrabilidade:
Teorema: seja f uma função definida em todos os pontos de um intervalo finito fechado [a, b].
a) Se f for contínua em [a, b], então f é integrável em [a, b]
b) Se f tiver um número finito de descontinuidade em [a, b], mas for limitada em [a, b], então f é integrável em
[a, b].
c) Se f não for limitada em [a, b], então f não é integrável em [a, b ].
Somas de Riemann: uso do MAPLE:
Aqui mostramos um exemplo de como utilizar o software Maple para a Soma de Riemann.
Consideremos uma função f : [a,b IR e uma subdivisão do intervalo [a,b] em n partes [xk-1, xk],
k = 1,2,..., n, tais que a = xo < x1 < x2 < ... < xn = b. Sejam kx = xk-1 - xk o comprimento e ck um ponto qualquer
do i-ésimo subintervalo. A soma: 1 2 3
11 2 3( ) ( ) ( ) ... ( ) ( )
n
n k k
knf c x f c x f c x f c x f c x
é chamada soma de
Riemann. Quando f é positiva em [a , b], n →∞ e os comprimentos kx →0, para todo k, então a soma de
Riemann tende à área da região delimitada pelo gráfico de y = f(x), pelas retas x = a, x = b e pelo eixo dos x.
Essa área é numericamente igual a integral de f(x) no intervalo [a, b].
O pacote “student” possui seis funções relacionadas com as somas de Riemann de uma função f (x) em um
intervalo [a,b], para a resolução do exercício:
.leftsum(f(x), x =a..b, n). Forma inercial da soma de Riemann, com n subintervalos de comprimentos iguais, e
que
escolhe cada ck como sendo a extremidade esquerda de cada subintervalo.
leftbox(f(x), x=a..b, n) Constrói um gráfico relacionado com o leftsum.
.middlesum(f(x), x = a..b, n). Forma inercial da soma de Riemann, com n subintervalos de comprimentos
iguais, e que
escolhe cada ci como sendo ponto médio de cada subintervalo.
middlebox(f(x), x=a..b, n) Constrói um gráfico relacionado com o middlesum.
.rightsum(f(x), x =a..b, n). Forma inercial da soma de Riemann, com n subintervalos de comprimentos iguais,
e que
escolhe cada ck como sendo a extremidade direita de cada subintervalo.
rightbox(f(x), x=a..b, n) Constrói um gráfico relacionado com o rightsum.
Objetivo – Seja f : [1,3]® IR definida por f (x) = 1/ x . Construir o gráfico e calcular a soma de Riemann de f
com 10 subintervalos, escolhendo o ponto médio de cada subintervalo. O resultado obtido é próximo de
ln(3) que é o valor exato dessa área.
Resolução da atividade – Para a resolução, é necessário carregar o pacote “with(student)” dando o seguinte
comando:
> with(student):
> middlebox(1/x,x=1..3,10);
A visualização do resultado é mostrado na figura abaixo:
Soma de Riemann para 10 subintervalos
> s:=middlesum(1/x,x=1..3,10);
>Value(s);
>evalf(s); 1,097142094 ≈ ln(3)
I. Propriedades da Integral Definida
5) Se f for integrável em [a, b] e f(x) 0 então: 0b
af ( x )dx
6) Se f e g forem integráveis em [a, b] e f(x) g(x) então: b b
a af ( x )dx g( x )dx
IV. Teorema Fundamental do Cálculo (Parte I): Se f for contínua em [a, b] e se F for uma
antiderivada de f em [a, b], então: - F(a)b
af ( x )dx F(b )
Calcule:
1
0
2
1dx)x22(x e) dx)3x22x( d) 4
0dx xcos c)
2
1dx3x b)
1
0dx x )a
f)
1
0
dx3)12x(x8 . g)
. 4
3
4
dx cossen
xx h) e
1
dxx
xln
A relação entre integrais definida e indefinida: Seja F uma antiderivada do integrando em [a ,b] e
C uma
constante, então:
b b
aaf (x)dx F(x) + C [F(b) C] [F(a) C] F(b) F(a) e
bb
a af (x)dx f (x)dx F(b) F(a)