Cálculo I

Prova P3 de Cálculo I, 12/08/2022.

Solução

Questão 1

Considere $$F(x)=\int_x^{x^2}\textrm{e}^{t^2}\,dt.$$ Calcule $F'(x)$.

Escrevemos a integral com um limite inferior fixo: $$F(x)=\int_0^{x^2}\textrm{e}^{t^2}\,dt -\int_0^x\textrm{e}^{t^2}\,dt.$$

Pelo teorema fundamental do cálculo e pela regra da cadeia, $$\frac{d}{dx}\left(\int_0^{x^2}\textrm{e}^{t^2}\,dt\right) = \textrm{e}^{(x^2)^2}\cdot 2x = 2x\textrm{e}^{x^4},$$ enquanto $$\frac{d}{dx}\left(\int_0^x\textrm{e}^{t^2}\,dt\right) = \textrm{e}^{x^2}.$$

Portanto, $$\colorbox{green!20}{F'(x)=2x\textrm{e}^{x^4} -\textrm{e}^{x^2}}.$$

Questão 2

Encontre a área da região do plano limitada pelas curvas $4x+y^2=12$ e $x=y$.

Da primeira equação obtemos $$x=\frac{12-y^2}{4}=3-\frac{y^2}{4}.$$ Os pontos de interseção satisfazem $$\frac{12-y^2}{4}=y,$$ isto é, $$y^2+4y-12=0=(y+6)(y-2).$$ Logo, os limites de integração são $y=-6$ e $y=2$.

\(4x+y^2=12,\quad x=y\)

A parábola fica à direita da reta nesse intervalo, então $$A=\int_{-6}^{2}\left(\frac{12-y^2}{4}-y\right)\,dy =\int_{-6}^{2}\left(3-\frac{y^2}{4}-y\right)\,dy.$$

Assim, $$A=\left[3y-\frac{y^3}{12}-\frac{y^2}{2}\right]_{-6}^{2} =\colorbox{green!20}{\frac{64}{3}}.$$

Questão 3

Encontre o volume do sólido obtido rodando a região limitada pelas curvas $y^2=x$ e $x=2y$ em torno do eixo $y$. Use o método de discos.

As curvas se encontram quando $$y^2=2y,$$ ou seja, quando $y=0$ ou $y=2$. Para $0\leq y\leq 2$, o raio maior é $R(y)=2y$ e o raio menor é $r(y)=y^2$.

\(y^2=x,\quad x=2y\)

Pelo método de discos com furo, $$V=\pi\int_0^2\left((2y)^2-(y^2)^2\right)\,dy = \pi\int_0^2(4y^2-y^4)\,dy.$$

Portanto, $$V=\pi\left[\frac{4y^3}{3}-\frac{y^5}{5}\right]_0^2 = \colorbox{green!20}{\frac{64\pi}{15}}.$$

Questão 4

Encontre o volume do sólido obtido rodando a região limitada pelas curvas $y=1/(1+x^2)$, $x=0$ e $x=2$, em torno do eixo $y$.

Usamos cascas cilíndricas. Uma casca situada em $x$ tem raio $x$, altura $$\frac{1}{1+x^2},$$ e espessura $dx$.

\(y=\frac{1}{1+x^2}\)

Assim, $$V=2\pi\int_0^2\frac{x}{1+x^2}\,dx.$$ Fazendo $u=1+x^2$, temos $du=2x\,dx$. Logo, $$V=\pi\int_1^5\frac{1}{u}\,du = \colorbox{green!20}{\pi\ln(5)}.$$

Integrais