Soluções Cálculo - Semana 15

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Iniciante

Um jeito simples de resolver este problema é utilizando a regra de L'Hospital, cujo objetivo é calcular o limite de frações nos casos em que há indeterminações do tipo "\frac{0}{0}" ou "\frac{\,\!\infty}{\,\!\infty}" através do cálculo da derivada do numerador e do denominador. Ou seja, teria-se, em um limite genérico dessa natureza: \lim\limits_{x \rightarrow p} \frac{f(x)}{g(x)}=\lim\limits_{x \rightarrow p} \frac{f'(x)}{g'(x)}.
Logo, o limite requerido é: \lim\limits_{x \rightarrow 0} \frac{1-cos(x)}{x^2}=\lim\limits_{x \rightarrow 0} \frac{sen(x)}{2x}=\lim\limits_{x \rightarrow 0} \frac{cos(x)}{2}=\frac{1}{2}

Intermediário

a)A expressão \frac{d^5y}{dx^5} significa que se quer calcular a derivada de ordem 5 da função, ou seja, a quinta derivada de y em relação a x. Assim, derivando, tem-se: f(x)=x^{-1}+cos(2x) f'(x)=-x^{-2}-sen(2x)\cdot 2
f''(x)=2x^{-3}-cos(2x)\cdot 2^2
f'''(x)=-6x^{-4}+sen(2x)\cdot 2^3 f''''(x)=24x^{-5}+cos(2x)\cdot 2^4 f'''''(x)=-120x^{-6}-sen(2x)\cdot 2^5 Que, simplificando, é: $\frac{-5!}{x^6}-2^5 sen(2x)$

b)Para achar f deve-se primeiro achar a antiderivada de f'(x), ou seja, calcular a seguinte integral: \displaystyle \int (2cos(x)+8x^3-e^x) dx
Que resulta em: f(x)=2sen(x)+8\frac{x^4}{4}-e^x+C Como é sabido que f(0)=7, deve-se alterar uma parte da expressão achada, pois f(0)=2sen(0)+2\cdot 0^4-e^0=-1. Assim, a função deve ser: f(x)=2sen(x)+2x^4-e^x+8 Como a derivada de uma constante é zero, a expressão de derivada dada não é alterada.

Avançado

Solução adaptada de Humberto Borges

Pelo método de integração por substituição, seja u=\arctan x \ \ e  \ \ dv = 2x \ dx tal que  du = \displaystyle{ 1 \over 1 + x^2 } \ dx \ \ and  \ \ v = x^2
Portanto,  \displaystyle{ \int 2x \arctan x \, dx } = x^2 \arctan x - \displaystyle{ \int { x^2 \over 1 + x^2 } \, dx }
O truque aqui é adicionar a expressão no numerador da integral:  \ 0 = 1 - 1 \ . Isto vai permitir que a função seja simplificada em outras duas expressões:
 = x^2 \arctan x - \displaystyle{ \int { x^2 + 1 - 1 \over x^2 + 1} \, dx }
 = x^2 \arctan x - \displaystyle{ \int { x^2 + 1 \over x^2 + 1 } \, dx - \int { 1 \over x^2 + 1 } \, dx }
 = x^2 \arctan x - \displaystyle{ \int 1 \, dx + \int { 1 \over x^2 + 1} \, dx}
 = x^2 \arctan x - x + \arctan x + C

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