Cálculo da área de uma região R delimitada por uma função f(x).
Cálculo da área de uma região R delimitada pela função f(x) e as retas x=a, x=b e y=0.
Explore o recurso para assimilar a ideia de soma integrada.
Historicamente a noção de integral brotou da necessidade de calcular áreas de figuras planas cujos contornos não são segmentos de reta. Vejamos o exemplo 1: Use retângulos para estimar a área sob a parábola f(x)=x² com x variando no intervalo [0, 1], a região parabólica S ilustrada pela construção 1. Instruções para obter o solicitado: i. Inserir no campo Função=x² ii. Marcar para obter a somas superior e inferior iii. Inserir para os valores a=0 e b=1 do intervalo [a, b] a ser calculada a região, bem como o n=14, ou seja, definir a partição do intervalo em quatorze subintervalos de mesma amplitude (Clicar no ícone AMPLIAR, do Geogebra, para uma melhor visualização dos retângulos inferiores e superiores). Em primeiro lugar aproximamos a região S por retângulos e depois tomamos o limite das áreas desses retângulos à medida que aumentamos o número de retângulos. É importante salientar que as retas x=0, x=1,e y=0 são delimitadoras da região sob o gráfico de f(x)=x². Obtemos como resultados aproximados para a soma inferior s=0,3 e superior S=0,37. Note que o controle deslizante n está configurado para até 100 partições do intervalo [a, b], se deslocamos o valor de n para 100 partições, as áreas inferior e superior, serão respectivamente 0,33 e 0,34, ou seja, se aproximará cada vez mais da área correta que é 1/3. Portanto o valor real da área A está compreendido no intervalo 0,33<A<0,34. Então é possível perceber que quanto maior o nº de partições, a área vai tender a área delimitada por f(x). Fica a curiosidade, porque afirmar que a área é 1/3? Será o nosso objeto de estudo. Para a região R do Exemplo 1, mostre que a soma das áreas dos retângulos aproximantes superiores tende a 1/3, ou seja,
Fica a curiosidade, porque afirmar que a área é 1/3? Será o nosso objeto de estudo.Solução: An é a soma das áreas dos n retângulos no exemplo 1. Cada retângulo tem largura 1/n, e as alturas são os valores da função f(x)=x2 nos pontos 1/n, 2/n, 3/n,...., n/n; isto é, as alturas são (1/n)2, (2/n)2, (3/n)2,....,(n/n)2.
Assim Necessitamos aqui da fórmula da soma dos quadrados dos n primeiros inteiros positivos: Talvez você já tenha visto essa fórmula antes. Então substituindo a fórmula (I) em nossa expressão para , obtemos Assim temosIntrodução da ideia de Integral.
Utilize a construção para verificar os conceitos estudados. Observe a evolução que cada método apresenta.
3 - Integral Definida
A ideia da Antiderivada, em seguida alguns exercícios para fixar os conceitos estudados até o momento.
Utilize esta construção para verificar os exercícios a seguir.
1. (Cálculo – Volume I – James Stewart , 2008, 5ª edição, p.378): Área sob o gráfico de uma função f(x).
(a) Estime a área aproximada sob o gráfico de f(x)= 1+x² de x=-1 até x=2 usando três retângulos aproximantes e extremos direitos. Então aperfeiçoe sua estimativa utilizando seis retângulos aproximantes. Esboce o gráfico e os retângulos aproximantes. (b) Repita a parte (a) usando extremos esquerdos. (c) Repita a parte (a) empregando os pontos médios. (d) De seus esboços das partes (a), (b) e (c), qual aparenta ser a melhor estimativa?
2. (Cálculo – Volume I – James Stewart , 2008, 5ª edição, p.379): Área sob o gráfico de uma função f(x).
Use a Definição 2 para determinar uma expressão para a área sob o gráfico de f como um limite. Não calcule o limite: (a) (b)
3. (Cálculo – Volume I – James Stewart , 2008, 5ª edição, p.379): Área sob o gráfico de uma função f(x).
(a) Expresse a área sob a curva y=x5 de 0 até 2 como um limite. (b) Use um sistema algébrico computacional para encontrar a soma em sua expressão da parte (a). Sugestão: Janela Cas do Geogebra. (c) Calcule o limite da parte (a).
4. (Cálculo – Volume I – James Stewart , 2008, 5ª edição, p.391): Integral definida.
Expresse o limite como uma integral definida no intervalo dado .
5. (Fundamentos de Cálculo – Muniz Neto, 2015, 1ª edição, p. , Coleção PROFMAT: Integral definida.
Se é uma função constante, digamos f(x)=c para todo , mostre que .