Enunciado

Calcule a soma de Riemann para f x = x - 1 ,   - 6 ≤ x ≤ 4 , com cinco subintervalos, tomando os pontos amostrais como as extremidades à direita. Explique, com a ajuda de um diagrama, o que a soma de Riemann representa.

Passo 1

Eaee, belezinha?? Bom... Queremos calcular a soma de Riemann para a seguinte função:

f x = x - 1

Considerando o intervalo - 6 ≤ x ≤ 4 .

Também devemos considerar cinco subintervalos, tomando os pontos amostrais como as extremidades à direita.

Para isso, devemos saber que a soma de Riemann S para uma função f ( x ) em um intervalo fechado [ a , b ] com n subintervalos é expressa como:

S n = ∑ i = 1 n f x i Δ x i

Onde:

  • x i ​ é um ponto de amostra no i -ésimo subintervalo;
  • Δ x i é a largura do i -ésimo subintervalo Δ x i = b - a n .

Agora vamos aplicar!!

Passo 2

Vamos lá, vamos encontrar uma estimativa usando pontos finais direitos, como vamos usar 5 retângulos temos que n = 5 , assim:

R 5 = ∑ i = 1 5 f x i Δ x i

Temos que:

Δ x i = b - a n

Aqui nós sabemos que a e b são os limites de integração, assim:

Δ x i = b - a n = 4 - - 6 5 = 2

Vamos calcular o somatório:

R 5 = ∑ i = 1 5 f x i Δ x i

Lembra que i são os subintervalos, temos o seguinte intervalo: - 6 ≤ x ≤ 4 , ou seja, x caminha de - 6 até 4 , como queremos 5 subintervalos e já calculamos Δ x i = 2 , seria como se andássemos na reta numérica do ponto - 6 a 4 pulando de dois em dois, então teremos pela ordem - 4 ,   - 2 ,   0 ,   2 ,   4 , concordam?

Substituindo, temos:

R 5 = Δ x i ∑ i = 1 5 f x i

R 5 = f x 1 + f x 2 + f x 3 + f x 4 + f x 5 + f x 6 ⋅ Δ x i

R 5 = f - 4 + f - 2 + f 0 + f 2 + f 4 ⋅ 2

Lembra que aqui substituímos os valores pelo x da função:

f ( - 4 ) = - 4 - 1 = - 5  

f ( - 2 ) = - 2 - 1 = - 3

f ( 0 ) = 0 - 1 = - 1

f ( 2 ) = 2 - 1 = 1

f ( 4 ) = 4 - 1 = 3

Aplicando na expressão:

R 5 = - 5 + - 3 + - 1 + 1 + 3 ⋅ 2

R 5 = - 5 ⋅ 2

R 5 = - 10

Passo 3

A questão também pede para explicarmos, com a ajuda de um diagrama, o que a soma de Riemann representa.

Bom... temos o esboço do gráfico:

Para ilustrar isso, imagine o gráfico da função f ( x ) = x - 1 com os retângulos desenhados nos pontos amostrais à direita:

  1. No intervalo [ - 6 , - 4 ] , a altura do retângulo é f ( - 4 ) = - 5 .
  2. No intervalo [ - 4 , - 2 ] , a altura do retângulo é f ( - 2 ) = - 3 .
  3. No intervalo [ - 2,0 ] , a altura do retângulo é f ( 0 ) = - 1 .
  4. No intervalo [ 0,2 ] ,   a altura do retângulo é f ( 2 ) = 1 .
  5. No intervalo [ 2,4 ] , a altura do retângulo é f ( 4 ) = 3 .

Os dois primeiros retângulos (nos intervalos [ - 6 , - 4 ] e [ - 4 , - 2 ] ) têm áreas negativas, pois estão abaixo do eixo x . Os últimos três retângulos têm áreas positivas.

A soma de Riemann representa a soma das áreas dos dois retângulos acima do eixo x menos a soma das áreas dos três retângulos abaixo do eixo x , assim temos a área dos retângulos com respeito ao eixo x .

Aqui está um diagrama para ilustrar:

Entendeu direitinho?? Responde aee 😉

Resposta

R 5 = - 10

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