Enunciado

A tabela da a população mundial no século XX

  1. Estime a taxa de crescimento populacional em 1920 e em 1980 fazendo a média das inclinações de duas retas secantes.
  2. Use uma calculadora gráfica ou um computador para achar uma função cúbica (um polinômio de terceiro grau) que modele os dados (veja a seção 1.2).
  3. Utilize o modelo da parte (b) para achar um modelo para a taxa de crescimento populacional no século XX
  4. Use a parte (c) para estimar as taxas de crescimento em 1920 e em 1980. Compare com sua estimativa da parte (a).
  5. Estime a taxa de crescimento em 1985.

Passo 1

Fala aí! tudo certinho?

Nesse problema foi dada uma tabela que nos dá a população mundial em função do ano

A partir dessa tabela, nosso objetivo é estimar a taxa de crescimento em 1920 e em 1980 pelas médias das inclinações das duas retas secantes. A partir de uma calculadora gráfica obter a função cúbica da função e a partir dessa função, determinar a função taxa de crescimento e refazer os cálculos do item a) e estimar a taxa de crescimento em 1985 .

Parece complicado?

Para resolver esse problema vamos, primeiramente, calcular as medias das das inclinações em volta do ano que estamos calculando pela equação

m = f x - f a x - a

Pra isso calculamos a variação posterior e entreior ao ano e depois calculamos as médias dos resultados.

Depois vamos utilizar uma calculadors gráfica para obter a função de terceiro grau que melhor descreve a função da tabela e a partir dessa função, calculamos sua derivada para obter a função taxa de crescimento e por ultimo substituímos os anos na variavel dessa função.

Veja só!

Passo 2

Para estimar nesses dois anos, calcularemos dois m ' s consecutivos e tiraremos a média deles, para isso sabemos que

m = f x - f a x - a

Entre 1920 e 1930, temos

m 1 = 2070 - 1860 1930 - 1920 = 210 10 = 21  

Entre 1920 e 1910, temos

m 2 = 1860 - 1750 1920 - 1910 = 110 10 = 11

Tirando a média, ficamos com

m = m 1 + m 2 2 = 21 + 11 2 = 32 2

m = 16   m i l h õ e s / a n o

Entre 1980 e 1990, temos

m 1 = 5280 - 4450 1990 - 1980 = 830 10 = 83

Entre 1980 e 1970, temos

m 2 = 4450 - 3710 1980 - 1970 = 740 10 = 74

Tirando a média, ficamos com

m = m 1 + m 2 2 = 83 + 74 2

m = 78,5   m i l h õ e s / a n o

Tranquilo até aqui?

Passo 3

Utilizando uma calculadora gráfica, de acordo com a seção 1.2, podemos calcular os coeficientes do polinômio do 3º grau que se ajusta aos dados, temos que

P t = a t 3 + b t 2 + c t + d   ( e m   m i l h õ e s )

Daí, calculando pela calculadora, ficamos com

a   ≈   0,0012937063 ,   b   ≈   - 7,061421911 ,   c   ≈   12822,97902   e     d   ≈   - 7743770,396 .

Ou seja

P t = 0,0012937063 t 3 - 7,061421911 t 2 + 12822,97902 t - 7743770,396

Show?

Passo 4

Se derivamos P t teremos o modelo para a taxa de crescimento

Pela regra da potencia, ficamos com

P ' t = 3 a t 2 + 2 b t + c

Onde a   ≈   0,0012937063 ,   b   ≈   - 7,061421911   e   c   ≈   12822,97902

P ' t = 0,0038811189 t 2 - 14,12284382 t + 12822,97902

Bacana, não é?

Passo 5

Para estimarmos as taxas em 1920 e em 1980, basta substituirmos t por estes valores na expressão de P ' ( t )

Para 1920

P ' 1920 = 0,0038811189 1920 2 - 14,12284382 1920 + 12822,97902

P ' 1920 ≈ 14,48   m i l h õ e s / a n o

Anteriormente encontramos m = 16   m i l h õ e s / a n o e estes dois valores são bem próximos.

Para 1980

P ' 19 8 0 = 0,0038811189 19 8 0 2 - 14,12284382 19 8 0 + 12822,97902

P ' 1980 ≈ 75,29   m i l h õ e s / a n o  

Anteriormente encontramos m = 78,5   m i l h õ e s / a n o estes dois valores são bem próximos.

Estamos quase no fim!

Passo 6

Podemos calcular a taxa de crescimento nesse ano usando P ' ( 1985 ) . Daí, temos que

P ' 198 5 = 0,0038811189 198 5 2 - 14,12284382 198 5 + 12822,97902

P ' 1985 ≈ 81,5   m i l h õ e s / a n o

É isso! O que achou? Responde Aí!

Resposta

a) m 1920 = 16   m i l h õ e s / a n o , m 1980 = 78,5   m i l h õ e s / a n o

b) P t = 0,0012937063 t 3 - 7,061421911 t 2 + 12822,97902 t - 7743770,396

c) P ' t = 0,0038811189 t 2 - 14,12284382 t + 12822,97902

d) P ' 1920 ≈ 14,48   m i l h õ e s / a n o , P ' 1980 ≈ 75,29   m i l h õ e s / a n o  

e) P ' 1985 ≈ 81,5   m i l h õ e s / a n o

Ver Outros Exercícios desse livro

Exercícios de Livros Relacionados

5) Um tanque cilíndrico com raio 5 m está sendo enchido com água a uma taxa de 3m 3 / m i n . Quão rápido estará aumentando a altura da água?
Uma partícula move-se ao longo da curva y = 1 + x 3 . Quando ela atinge o pondo 2,3 , a coordenada y está crescendo a uma taxa de 4 cm/s. Quão rápido está variando a coordenada x do pondo naquele inst
(a) Se A fora área do círculo com raio r e, à medida que o tempo passa, o círculo se expandir, encontre d A d t em termos de d r d t . (b) Suponha que petróleo vaze por uma ruptura de um petroleiro e
Se x^2 + y^2 = 25 e (d y)/(d t) = 6 , encontre (d x)/(d t) quando y = 4 .
Cada lado de um quadrado está aumentando a uma taxa de 6 cm/s. Com que taxa a área do quadrado estará aumentando quando a área do quadrado for 16c m 2 ?