Enunciado

Com uma calculadora programável (ou um computador), é possível calcular as expressões para a soma das áreas dos retângulos aproximantes, mesmo para valores grandes de n , usando looping. (Em uma TI use o comando Is>; em uma Casio use Isz; em uma HP ou no BASIC use um loop FOR-NEXT). Compare a soma das áreas dos retângulos aproximantes utilizando subintervalos iguais e extremos direitos para n = 10 , 30 , e 50 . Então conjecture sobre o valor da área exata. A região é a sob y = sen ⁡ x de   0 até π .

Passo 1

Não vamos mostrar como fazer para um programa ou calculadora específica, mas vamos ver qual é a ideia por trás da conta. Queremos aproximar a área debaixo da curva y = sen ⁡ x pela soma de retângulos. Se dividirmos nosso intervalo de 0 a   π em n partes, temos intervalinhos de tamanho:

Δ x =   π - 0 n = π n

Cada intervalinho nosso pode ter um número i associado, com i indo de 1 a n . Cada intervalo então termina no número i Δ x = π n i . Por exemplo, o primeiro intervalo termina no π n , o segundo no 2 π n e assim sucessivamente até o enésimo intervalinho terminar no π n n = π . Cada retângulo deve ter a base Δ x = π n e como altura o valor da função no final do intervalo, que é f π n i = sen ⁡ π n i . Então a área de cada retângulo é:

π n sen ⁡ π n i

E temos que fazer esse somatório com i indo de 1 até n :

A = ∑ i = 1 n π n sen ⁡ π n i

Agora podemos usar um programa para fazer o calculo usando iterações, começando com A = 0 e i = 1 , acrescentando o valor de π n sen ⁡ π n i a A e aumentando i em uma unidade até chegar em i = n .

Passo 2

Aplicando o processo para n = 10 , n = 30 e n = 50 , temos os seguintes resultados:

∑ i = 1 10 π 10 sen ⁡ π 10 i = 1.983523

∑ i = 1 30 π 30 sen ⁡ π 30 i = 1.998171

∑ i = 1 50 π 50 sen ⁡ π 50 i = 1.999341

Como podemos ver, parece que quando aumentamos n a soma se aproxima de A = 2 , então esse deve ser o valor da área sob a curva.

Resposta

n = 10 ⇒ A = 1.983523

n = 30 ⇒ A = 1.998171

n = 50 ⇒ A = 1.999341

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Nos exercícios de 25 a 28, ache o valor exato da integral definida usando a definição; não utilize o teorema fundamental do cálculo.
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Nos Exercícios de 21 a 36, use o método desta secção para calcular a área da região dada; use retângulos inscritos ou circunscritos, conforme indicado. Para cada exercício, faça uma figuramostrando a