Apostila Fundamentos Matemática

Embed Size (px)

Citation preview

  • 8/17/2019 Apostila Fundamentos Matemática

    1/266

     

     

         

     

     

  • 8/17/2019 Apostila Fundamentos Matemática

    2/266

     

  • 8/17/2019 Apostila Fundamentos Matemática

    3/266

         

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

      RN   

     

      RN   

     

     

     

     

     

  • 8/17/2019 Apostila Fundamentos Matemática

    4/266

       

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

         

     

     

     

     

     

     

     

     

         

     

     

  • 8/17/2019 Apostila Fundamentos Matemática

    5/266

       

     

     

     

     

     

     

     

     p  

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

  • 8/17/2019 Apostila Fundamentos Matemática

    6/266

       

     

     

     

     

     

     

      QR  

     

     

     

         

         

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

         

         

     

     

     

     

     

     

  • 8/17/2019 Apostila Fundamentos Matemática

    7/266

         

         

     

     

     

     

     

     

      RN   

     

       

       

     

     

     

     

       

     

    N   =   {0, 1, 2, 3, ....}N∗   =   {1, 2, 3, 4, ....}

    Z   =   {0, 1, −1, 2, −2,...}Z∗   =

      {1,

    −1, 2,

    −2,...

    }Q   =   {mn

      : m, n ∈ Z, n = 0}Q   =   { m

    n

    m ∈ Z e , n ∈ Z∗} 

  • 8/17/2019 Apostila Fundamentos Matemática

    8/266

       

      N    Z        Q  

         

     

     

     

    2    N  

     

     

      a     b    a    b    c  

     

    bc =  a  

      b  

      a  

      b  

      a  

      b 

      a    b| a

     

     

     

     

    a  

      2| a

     

    2  

      a  

      2  

      a

     

     

     

     

     

     

     

     

    2  

     

    1742  

     

     

     

     

    [4, 4 ∗ 1018]

  • 8/17/2019 Apostila Fundamentos Matemática

    9/266

       

     

    •  

    •  

    •  

    •  

    •  

    •  

     

     

     

     

     

    A  

      B  

      A  

     

    B

    ✞✝   ☎ ✆   x     y    x + y   A    x     y    B    x+y

     

      A ⇒ B    

    A B A ⇒ B  

     

     

     

     

      A  

     

    B  

  • 8/17/2019 Apostila Fundamentos Matemática

    10/266

       

      A    B  

     

     

     

      B  

      A  

      B  

     

    B  

      A  

     

     

    A  

      B  

     

     

    A  

      B  

      A    B  

     

    A  

      B 

      A    B  

     

    A  

      B 

     

     

    A  

      B  

      B  

      A  

     

    ✞✝   ☎ ✆   x    x + 1  

    x  

      x + 1  

      x + 1  

    x  

      A  

      x  

    B  

      x + 1  

      A ⇔ B 

    A B A ⇔ B  

     

     

     

     

    x  

    A  

      x  

      B      

     

     

    B  

      A

  • 8/17/2019 Apostila Fundamentos Matemática

    11/266

       

      A    B  

     

    A  

      B 

      A    B

       

     

     

    B  

             

     

      ∧  

    A B A e B

     

     

     

     

       

     

     

     

    A ⇒ not(B)  

     

    não A

     

     

      ¬

     

     

     

     

    x    

       

    A  

     

    x  

      B          

      B  

  • 8/17/2019 Apostila Fundamentos Matemática

    12/266

       

    A B A ou B

     

     

     

     

     

       

     

     

     

     

     

     

    A ⇒ B)

       

     

      y  

      x  

      2|

    x  

      2|

      a     b    x = 2a     y = 2b    x+y = 2a+2b = 2(a+b).

     

    c  

      x + y  = 2c  

      c =  a + b  

      2|c. 

       

      b 

      c  

      a| b 

      b| c  

      a| c 

     

    a| b  

      x  

      b =  ax  

    y  

      c =  by.  

      z   

      c =  az   

      c = (ax)y = axy  = az.

     

     

    A   ⇒   BA   ⇐   B

       

    x  

      x  

      x + 1  

     

    ⇒  

      x  

      2| x  

      a  

      x = 2a  

    1  

      x + 1 = 2a + 1,  

  • 8/17/2019 Apostila Fundamentos Matemática

    13/266

       

    ⇐    x + 1    b    x + 1 =2b + 1.

     

      1  

      x = 2b  

      x  

     

     

     

     

     

       

      b  

      a| b 

      b| a  

      a =  b 

     

    a =

     −6

     

      b  = 6  

      −6

    |6

     

      6

    | −6

     

      −6 = 6.  

     

    a| b  

      x  

      b =  ax  

     

    y  

      a   =   by.  

    b  = (by)x  

      b  

      b,  

     

    xy = 1  

      x = −1 

      y = −1  

     

    b = −1a 

      a = −1b  

      b = −a  

      a = −b.

     

     

     

     

    ∼  

  • 8/17/2019 Apostila Fundamentos Matemática

    14/266

       

  • 8/17/2019 Apostila Fundamentos Matemática

    15/266

         

       

         

     

         

     

     

     

     

     

      x    A  

    x ∈ A

     

    A = {2, 4, 6, 8, 10}

     

    A = {x ∈ N, x 1 e x ≤ 1000}

     

    x ∈ N        

      B  

    A  

      B 

      A ⊆ B  

      A  

      B

    A ⊆ B sse ∀x ∈ U x ∈ A ⇒ x ∈ B

    A  

      B  

      x  

    x    A    x    B  

     

     

  • 8/17/2019 Apostila Fundamentos Matemática

    16/266

       

     

       

     

    ⊆     

      ∀      

     

    ∀x ∈ A,  

      x

    •  

    •  

    •  

    •  

      x  

      x  

     

     

    x

          ∃    

    ∃x ∈ A,    x

       

    •  

    •    N    x  

     

     

    2  

     

     

     

     

    ¬(∃x ∈ Z, x    

    ∀x ∈ Z, ¬(x  

  • 8/17/2019 Apostila Fundamentos Matemática

    17/266

       

         

       

     

    ¬(∀x ∈ Z, x    )  

    ∃x

     ∈Z,

    ¬(x  

         

     

     

    ∀x, ∃y, x + y  = 0

    ∃y, ∀x, x + y  = 0  

     

    ∀x, ∃y, x + y  = 0  

    x  

      y = −x.  

      x + y  =  x − x = 0 

     

     

     

    ∃y, ∀x, x + y  = 0  

    y = 2  

      x = 10  

     

       

     

     

      B  

      A 

      B  

     

    A  

      B  

    A ∪ B  = {x :  x ∈ A ∨ x ∈ B}

  • 8/17/2019 Apostila Fundamentos Matemática

    18/266

       

      A     B    A     B  

     

    A  

      B  

    A ∩ B  = {x :  x ∈ A x∧ ∈ B}

    A ∪ B  = B ∪ A

    A ∩ B  = B ∩ A

    A ∪ (B ∪ C ) = (A ∪ B) ∪ C 

    A ∩ (B ∩ C ) = (A ∩ B) ∩ C 

    A ∪ (B ∩ C ) = (A ∪ B) ∩ (A ∪ C )

     

    A ∪ ∅ =  A

    A ∩ ∅ = ∅

     

      A ∪ (B ∪ C ) = (A ∪ B) ∪ C   

    B ∪ C   

    B ∪ C  = {x :  x ∈ B ∨ x ∈ C }

     

    A ∪ (B ∪ C ) = {x : (x ∈ A) ∨ (x ∈ B ∨ x ∈ C )}.

         

    {x : (x ∈ A) ∨ (x ∈ B) ∨ (x ∈ C )}

  • 8/17/2019 Apostila Fundamentos Matemática

    19/266

       

     

    {x : (x ∈ A ∪ B) ∨ (x ∈ C )}

     

    (A ∪ B) ∪ C.

      A − B    

    A  

      B  

    A − B  = {x :  x ∈ A ∧ x /∈ B}.

     

    A∆B  

      A    B    B    A  

    A∆B  = (A − B) ∪ (B − A).

      A     B    A     B    A × B    

    A

        B  

    A × B  = {(a, b) : a ∈ A, b ∈ B}

  • 8/17/2019 Apostila Fundamentos Matemática

    20/266

       

      A  = {1, 2}     B   = {3, 4}    

    A × B   =   {(1, 3), (1, 4), (2, 3), (2, 4)}B

     ×A   =

      {(3, 1), (3, 2), (4, 1), (4, 2)

    }  

     

    (A × B = B × A)

     

     

     

    A  = {1, 1, 2, 3, 4}  

      |A|  = 4  

     

     

     

      B  

      |A × B| = |A| |B|

     

    |A|   = 2 

      |B|   = 2,  

      |A × B|   = 4  

     

    {(1, 3), (1, 4), (2, 3), (2, 4)}

  • 8/17/2019 Apostila Fundamentos Matemática

    21/266

         

       

      R  

     

     

    N ⊆ Z ⊆ Q ⊆ R...

     

      R

    •   + : R × R → R    (x, y) → x + y  

    •   ∗ : R × R → R    (x, y) → x ∗ y  

      (x + y) + z  = x + y + z x, y, z   ∈ R 

      x + y  = y  + x x, y ∈ R 

      x + 0 = x x, 0 ∈ R 

      x + (

    −x) = 0   x, 0

     ∈R 

      (x ∗ y) ∗ z  = x ∗ y ∗ z x, y, z   ∈ R 

      x ∗ y  =  y ∗ x x, y ∈ R 

      x ∗ 1 = x   1, 0 ∈ R 

      x ∗ x−1 = 1   x, 1 ∈ R   x = 0  

      x ∗ (y + z ) = x ∗ y + x ∗ z x, y, z   ∈ R  

     

     

  • 8/17/2019 Apostila Fundamentos Matemática

    22/266

       

      P  ⊆ R        R  

    •  

    •  

      x

     ∈ P 

      x = 0 

      x

     ∈ P 

     

      −(x)

     ∈ P 

     

      R = 0∪P  ∪ (−P )    −P   

     

    •   x > 0   se x ∈ P  

    •   x y ⇒ x − y > 0 

    •   x < y ⇒ x − y a ∧ x < b} 

    •   [a, b] = {x ∈ R  :  x ≥ a ∧ x ≤ b} 

    •   (a, b] = {x ∈ R  :  x > a ∧ x ≤ b} 

    •   [a, b) = {x ∈ R  :  x ≥ a ∧ x < b} 

     

    •   (a, +∞) = {x ∈ R  :  x > a} 

    •   [a, +∞) = {x ∈ R  :  x ≥ a}  

    •  (

    −∞, a) =

     {x

     ∈ R  :  x < a

    •   (−∞, a] = {x ∈ R  :  x ≤ a} 

  • 8/17/2019 Apostila Fundamentos Matemática

    23/266

       

     

      S  ∈  R.    u ∈ R    S     ∀s ∈ S, s ≤ u    

    v ∈ R    S     ∀s ∈ S, v ≤ s

     

     

    S   

     

     

     

     

     

    A  = [0, 1]  

      1

     

    0  

      R  

     

    S   

      S   

      sup(S )  

     

    S   

      inf (S ) 

     

    A = {x ∈ R : 0 ≤ x ≤ 1}  

      1  

      A  

     

    [1, ∞)     1  

    inf (A) = 0 

      sup(A) = 1

     

    B  = {x ∈ R : 0 ≤ x

  • 8/17/2019 Apostila Fundamentos Matemática

    24/266

       

     

    a ∈ R    a  

    |a| =   +a se a > 0−a se a

  • 8/17/2019 Apostila Fundamentos Matemática

    25/266

         

       

     

      f     (a, b) ∈ f      (a, c) ∈ f     b =  c.

     

     

    R = {(1, 2), (3, 4), (5, 6)}

     

    (entrada, saida)  

     

     

    R = {(1, 2), (1, 4), (2, 7)}

     

    1  

      2 

      4

     

     

    f   

      f (a) = b 

      f (a) = c  

      b =  c.

     

    f  = {(x, y) : x, y ∈ Z, y = x2}

     

    f  = {(1, 1), (2, 4), (3, 9), (4, 16),...}.

     

  • 8/17/2019 Apostila Fundamentos Matemática

    26/266

       

       ✩

       ✪

     

     

     

       

     

     

    f   

     

    f   

      f   

      domf 

    domf   = {a : ∃b, (a, b) ∈ f }

    domf   = {a :  f (a) definido}

     

    f  = {(x, y) : x, y ∈ Z, y  =  x2}    Z

     

    f   

      f     f     im f 

    im f   = {b : ∃a, (a, b) ∈ f }

    im f   = {b :  b  =  f (a) para algum a ∈ dom f },

     

     

    f  = {(x, y) : x, y ∈ Z, y  =  x2}    Z

    f   : A → B  

    f   

      A 

      B  

      f   

      A  

      B  

    domf  = A  

      im f  ⊆  B  

      B  

      f   

      A     B

     

    f  = {(x, y) : x, y ∈ R, y =  sen(x)}    domf  = R     im f  = [−1, 1] ⊆ R

  • 8/17/2019 Apostila Fundamentos Matemática

    27/266

     

    a1

    a2

    f(a1)

    f(a2)

    f é um-a-um

    a1

    a2

    f(a1)

    f não é um-a-um

     

     

    f   : A → B = {(a1, b1), (a2, b2), ....}    f −1    

    f −1 = {(b1, a1), (b2, a2),...}

     

    f   :   A →   B  

      f −1 :   B →   A  A = {1, 2, 3, 6, 8}

     

      B  = {2, 4, 5, 4, 7}  

      f   : A → B= {(1, 4), (2, 5), (3, 4), (6, 2), (8, 5)}

      f     f −1 = {(4, 1), (5, 2), (4, 3), (2, 6), (5, 8)}    

    (4, 1) 

      (4, 3)  

      (5, 2) 

      (5, 8)  

    domf −1

    = {4, 5, 2} =  B  

     

    f   

      (x, b), (y, b) ∈   f  ⇔   x   =   y  

    f (x) = f (y)    x =  y

     

     

    A  

      B

     

    ax + b.  

    ax + b =  ay  + b

     

    a = 0  

      b  

      a  

    x =  y  

      f  =

     {(x, y) : x, y

     ∈R, y = x2

    }

     

    a2 = b2

  • 8/17/2019 Apostila Fundamentos Matemática

    28/266

       

    f é sobre f não é sobre

     

     

    a =  b  

      ∀a, b ∈ R    

    a   = −1 

      b   = 1  

     

      f     f −1   f   

     

    domf  = im f −1 

    im f  = dom f −1.

     

    f   :  A → B  

      B  

      b ∈  B  

      a ∈  A  

    f (a) = b  

      im f  = B

    ∀b ∈ B, ∃a ∈ A, f (a) = b

     

     

    A  

     

    f   :   A

     →  B

     

      f −1  

    f   

     

    f   

      B  

      f −1 : B → A  

     

    f   : A → B

      f 

     

    A  

      B  

     

    f (x) =   x + 1  

      f  

     

    x + 1 = y  + 1

  • 8/17/2019 Apostila Fundamentos Matemática

    29/266

       

     

    1  

    x =  y .

     

    B  

      y  = 2k + 1    A  

    x = 2k,  

    f (x) = x + 1 = 2k + 1

     

    f   

      f 

     

      B  

     

      B  

      f   : A → B

    •  

      |A| > |B|  

      f 

    •  

      |A|  |B|  

      b  

      A  

     

    b  

      B  

     

    A

      |A| 

  • 8/17/2019 Apostila Fundamentos Matemática

    30/266

       

      g     f     f (a)

     

    f   

      a  

      g  

    dom (g ◦ f )(a) = dom f 

     

     

    f  

      g,  

      f   

      g  

     

    im f  ⊆  dom g  

    (g ◦ f ) = (f  ◦ g).

      f   :  Z →   Z     g   :   Z →   Z    f (x) =  x2 + 1     g(x) = 2x − 3.  (g ◦ f )(4),

    f (4) = (4)2 + 1 = 17

    g(f (4)) = 2 ∗ 17 − 3 = 31  

    (g ◦ f ) = 2(x2 + 1) − 3 = 2x2 + 2 − 3 = 2x2 − 1.

     

    (f  ◦ g) = (2x − 3)2 + 1 = 4x2 − 12x + 10

     

      f   : A → B     g :  B → C      h :  C  → D  

    h ◦ (g ◦ f ) = (h ◦ g) ◦ f 

      A   = {1, 2, 3, 4, 5}     B   = {6, 7, 8, 9}     C   = {10, 11, 12, 13, 14}.  f   : A → B

     

      g :  B → C   

    f   : {(1, 6), (2, 6), (3, 9), (4, 7), (5, 7)}

    g : {(6, 10), (7, 11), (8, 12), (9, 13)}

  • 8/17/2019 Apostila Fundamentos Matemática

    31/266

       

    f g

    a

    f(a) g(f(a))

    g o f

     

    (g ◦ f ) = {(1, 10), (2, 10), (3, 13), (4, 11), (5, 11)}

    (1, 6)  

      f   

      (a, b)  

     

    (b, c)  

      (a, (, c))

     

    b = 6  

      f   

      (1, 6) 

      (2, 6)  

     

    g  

      (1, (, 10)) 

      (2, (, 10))

     

    A  

      A  

      idA    A  

    idA = {(a, a)∀a ∈ A}

     

     

      B  

      f   : A → B  

    f  ◦ idA = idB ◦ f  = f 

     

      A     B    f   : A → B  

    f  ◦ f −1 = idB

    f −1 ◦ f  = idA

     

    A =

     {1, 2, 3

      B  =

     {2, 4, 6

    }  

      f  =

     {(1, 2), (2, 4), (3, 6)

     

    f  = {(x, y) : x ∈ A, y ∈ B, y = 2x}  

    idA = {(1, 1), (2, 2), (3, 3)}

  • 8/17/2019 Apostila Fundamentos Matemática

    32/266

       

    idB  = {(2, 2), (4, 4), (6, 6)}  

    f −1 = {(2, 1), (4, 2), (6, 3)} = {(y, x) : y ∈ B, x ∈ A, x =  y2}.

     

    f −1 ◦ f  = {(1, 1), (2, 2), (3, 3)} = idA

    f  ◦ f −1 = {(2, 2), (4, 4), (6, 6)} = idB 

    f  ◦ idA  = {(1, 2), (2, 4), (3, 6)}

    idB ◦ f  = {(1, 2), (2, 4), (3, 6)}.  

    idA  = {(x, x) : x ∈ A, x}

    idB  = {(y, y) : y ∈ B, y}  

    f  ◦ idA  = f (x) = 2xidB ◦ f  = y ◦ (2x) = 2x

     

    f −1 ◦ f  = 12

    (2x) = idA

    f  ◦ f −1 = 2( y2

    ) = idB.

  • 8/17/2019 Apostila Fundamentos Matemática

    33/266

         

    RN 

      RN    RN   

     

     

    (2, 1)    R2   (1, 2, 3)    R3  

     

     

     

    RN 

    RN   

    RN  = {u = (u1, u2, u3,.....,uN ) : ui ∈ R, i = 1,...,N }

     

     

  • 8/17/2019 Apostila Fundamentos Matemática

    34/266

        RN 

     

    V   

    •   u + v =  u + v, ∀u,v ∈ V 

    •   (u + v) + w =  u + (v + w), ∀u,v,w ∈ V 

    • ∃0 ∈ V  :  0 + u =  u, ∀u ∈ V 

    • ∀u ∈ V, ∃v,u + v =  0

    • ∃1 ∈ V  :  1u  =  u, ∀u ∈ V 

    •   (α + β )u =  αu + β u, ∀α, β  ∈ R, ∀u ∈ V 

    •   α(β u) = (αβ )u∀α, β  ∈ R, ∀u ∈ V •   α(u + v) =αu + αv, ∀α ∈ R, ∀u,v ∈ V 

      R2

      RN 

      V     V  × V  →  R     u,v → u · v     

    •   u · u >  0, ∀u ∈ V,u =  0

    •   u · v =  v · u, ∀u, v ∈ 

    •   (αu) · v =  α(u · v), ∀α ∈ R, ∀u,v ∈ V 

    •  (u + v)

    ·w =  u

    ·w + v

    ·w,

    ∀u,v,w

     ∈ V 

      RN   

    u · v =  u1v1 + ... + unvn

     

     

    uAv  

      A  

     

    N  × N   

     

    (u1, u2)

      5   −1−1 5

      v1

    v2

    = 5v1u1 − u1v2 − u2v1 + 5u2v2

  • 8/17/2019 Apostila Fundamentos Matemática

    35/266

     

     

    u · u = 5u21 − 2u1u2 + 5u22

      u = (0, 0)    A

     

     

     

     

    V   

      V  →   R    u → u  

    • u + v ≤ u + v , ∀u,v ∈ V   

    • αu =  α u ∀u ∈ V, ∀α ∈ R

    • u >  0, ∀u ∈ V,x = 0

     

      R2  

     

    u =  u21 + u22

     

     

    uP   =

      N i=1

    uP i

    1P 

    , p ∈ N∗,ppar

     

    2    p = 2  

     p → ∞  

      max  

    u∞   = max1≤i≤N ⌋ui⌊

     

     

     

      u   v  

      u     v  

    d(u,v) = u− v

  • 8/17/2019 Apostila Fundamentos Matemática

    36/266

        RN 

       

    V  ∈ RN   

    u2  =√ u · u

     

    |u · v| ≤ u2 v2

       

     

     

     

    V  ⊆   RN    u    u    

    u =N i=1

    αivi

     

    αi ∈  R     vi ∈  V     u  

     u     v ∈ V  ⊆ RN    u    

    v  

      u 

      v      

      u

      v,    u     v    

     

     

    V  ⊆  RN   S     m    V      S   

    S       

    α1u1 + .... + αmum =  0

     

    α1  =  α2  =  ...  =  αm = 0    

     

     

    V  ⊆  RN    S   = {u1,u2, ...,un}    V   

    V   

      S   

     

    S   

      V   

      S   

      V     v =

    n

    i=1 αiui

      v ∈V 

  • 8/17/2019 Apostila Fundamentos Matemática

    37/266

       

      B    V   

      R2  

      B   = {(1, 0), (0, 1)}    (1, 0) =  α(0, 1)  

    α ∈ R    R2     B

    •   (2, 4) = 2(1, 0) + 4(0, 1)

    •   (33.5, −100) = 33.5(1, 0) − 100(0, 1).

     

    B ⊆  R2     R2   B  

    R2  

     

    V  ⊆ RN    B    V    B    V 

    •   B  

    •   B  

      V 

    •  

    •  

      B  

    •  

      R2  

     

    B1   =   {(1, 0), (0, 1)}B2   =

      {(3, 1), (

    −2, 1)

    }  

    (1, 0) = α(0, 1), ∀α ∈ R

    (3, 1) = α(−2, 1), ∀α ∈ R   R2  

     

    B1    B2    (7, 9)  

    (7, 9) =   α1(1, 0) + α2(0, 1)

    (7, 9) =   β 1(3, 1) + β 2(−2, 1)

  • 8/17/2019 Apostila Fundamentos Matemática

    38/266

        RN 

     

    7 = α1     9 = α2

     

    7 = 3β 1 − 2β 29 =   β 1 + β 2

     

    β 1  = 5, β 2 = 4

           RN 

     

      RN 

      RN 

     

    r    u  

    Br(u) = {v ∈ RN : d(u,v) < r}   RN 

     

    r  

      u  

    Br(u) = {v ∈ RN : d(u,v) ≤ r}   RN 

     

    r  

      u  

    Br(u) = {v ∈ RN : d(u,v) = r}

     

      u  

      v  

     

     

    G ⊆ RN    RN    u ∈ G    ǫ > 0    Bǫ(u) ⊆ G

     

  • 8/17/2019 Apostila Fundamentos Matemática

    39/266

      RN   

     ǫ  

     

      A   =

     {x   :   x

     ∈  (0, 1)

    }  

     

    ǫ  

      x  

      Bǫ(x) = (x −  ǫ, x  +  ǫ)     ǫ    min{x

    2, 1− x

    2}  

    Bǫ(x → 0) = (x −   x2 , x + 1 −   x2 ) → (0, 1) ∈ A I   = {x   :   x ∈   [0, 1]}.    ǫ  

     

    x  

      Bǫ(x) = (x − ǫ, x + ǫ)    x = 0    

    ǫ  

      (−ǫ, ǫ)  

     

      RN   

      RN 

     

     

     

     

     

     

    ∅  

     

    ∁(V )  

    ∁(V ) = RN \V   = {u ∈ RN  : u = F }

     

    ∁(I ) = (−∞, 0) ∪ (1, ∞)  

      I   = [0, 1] 

      ∁(A) = (−∞, 0] ∪[1, ∞)

     

      A = (0, 1)   ∁(∅) = RN    ∁(RN ) = ∅.

     

    F  ⊆ RN    RN   

     

      A    0]    [1  

     

    A  

      A  

      I   

     

     

  • 8/17/2019 Apostila Fundamentos Matemática

    40/266

        RN 

     

     

    ∅    RN   

     

    E  = {x :  x ∈(0, 1]}

     

      1  

     

    E   

      E  

      ∁(E ) = (−∞, 0] ∪ (1, ∞)  

    0  

      E   

     

    u ∈ RN 

     

    A ⊆ RN 

    :

    •    u    u

    •   u    A    u    A

    •   u    A    u    A    

    •   u    A    u    ∁(A)

     

    •  

    •   I   

    •   I   

     

    •   F 

     

    u ∈   RN    S  ⊆   RN    Bǫ(u)    

    S     u

    •  

      S  ⊆ R    u =  supS /∈ S     u    

    S   

      ǫ > 0 

      v ∈ S   

      v ∈ (u− ǫ,u + ǫ) 

  • 8/17/2019 Apostila Fundamentos Matemática

    41/266

      RN   

    •    A    (0, 1)  [0, 1]

     

      A  

     

    •   N = {0, 1, 2, 3, 4, 5, ....}    

     

     

    0.00001    N 

    •  

     

     

    •   Z    N  

    •    (2, 3) ∪{4}    [2, 3]    

    {4}  

      4 

     

     

     

    F  ⊆ RN      RN 

      RN   

     

      S  ⊆   R    u   =   supS /∈  S     u    

    S   

      inf S 

    •  Z  

    •   A   = (0, 1) ∪ {2, 3, 4, 5, .....}  

     

    [0, 1]  

    •   A = {1, 2, 3}

  • 8/17/2019 Apostila Fundamentos Matemática

    42/266

        RN 

  • 8/17/2019 Apostila Fundamentos Matemática

    43/266

         

       

      RN   

     

      R2   R3  

     

    P   = {1 + x2, 3x + 4x3, 6 − 3x + 2x2 + x3}.

     

    P   

      a + bx+ cx2 + dx3  

     

    P   

    B  = {1, x , x2, x3}

     1 + x2 = 1(1, 0, 0, 0) + 0(0, x, 0, 0) + 1(0, 0, x2, 0) + 0(0, 0, 0, x3)  

     

    4  

     

     

    d2u

    dx2 − k2u = 0, k > 0

     

    x ∈ [0, 1].  

      u(x)

     

    ∀x ∈ [0, 1]  

     

    u(x)  

      V   

    [0, 1]  

      B  = {ekx, e−kx}  

      V   

     

    u(x) = α1ekx

    + α2e−kx

      RN   

     

     

  • 8/17/2019 Apostila Fundamentos Matemática

    44/266

       

    u p  = 

      |u| p 1

    p

      u    p ≥   1  

    um,p = 

    |α|≤m

    |Dαu| p

    1

    p

     

    u1,2     Ω ∈ [0, 1] × [0, 1]

    um,p =   1

    0

       10

    |u|2 +

    du

    dx

    2

    +

    du

    dy

    2

    dxdy

    12

     

    m = 0

     

     

      R2   L p    p    1     2    ∞    

    1  

      p = ∞  

     

     

     

       

     

     

     

    −  ddx

    a

    du(x)

    dx

    = f (x)

      a     f (x)    u(x)  

     

    T (u) = f 

  • 8/17/2019 Apostila Fundamentos Matemática

    45/266

       

     

    T   : U  → V 

    T   = −   ddx

    a   d

    dx

     

      u, U,    f     V   

     

    T   

      U   

      V   

      u ∈  U     v ∈   V   

    •   T (αu) = αT (u) ∀u ∈ U, ∀α ∈ R  

    •   T (u1 + u2) = T (u1) + T (u2), ∀u1,u2 ∈ U   

     

    T 1     T 2    T 1T 2  

     

     

     

          u    v  

         

    V   

                 

     

    ℵ(T ) = {u :  u ∈ U, T (u) =  0}

     

    T   : U  → V   

      T (u) = u1 + u2  

     

    ℵ(T ) = {u ∈ U   :   u1 + u2 = 0}

     

    (−u2, u2)

  • 8/17/2019 Apostila Fundamentos Matemática

    46/266

       

     v = (−1, 1)    T 

     

    T   :  U 

     → V 

     

     

    ℵ(T ) = {0}

     

     

     

     

    T   :  U 

     → V 

     

      T (u) = 7u  

     

    ℵ(T ) = {u ∈ U   :   u =  0}

      ℜ(T ) = I m (T ) ⊆ V         T   : U  → V 

     

    U e V  ⊆  RN      N     V 

         

    T           

      U 

     

    T  

      N     

     

    T   : U  →  V   

      T (u) = u1 + u2    rank  

     

    1  

      1  

      a

      U   

      R2

       

     

    U  

      V   

      T   :   U  →   V   

    {φ1,φ2, ....,φn}    U     {ϕ1,ϕ2, .....,ϕm}    V     

    U  

      V   

    u   =n

    i=1 αiφiv   =

    m j=1

    β  jϕ j

  • 8/17/2019 Apostila Fundamentos Matemática

    47/266

       

      u     v    T (u) =  v  

    T (u) =n

    i=1

    αiT (φi) =m

     j=1

    β  jϕ j,

     

    T (φi) ∈ V ,  

    T (φi) =m

     j=1

    t jiϕ j

     

    m j=1

    β  jϕ j −n

    i=1

    αi

      m j=1

    t jiϕ j

    =  0

     

    m j=1

    β  j − ni=1

    t jiαiϕ j  = 0  

    β  =  Tα

      T    m × n    t ji  

    •    

    T   

    •  

      T  

      T 

     

     

     

     

    U   

      V 

     

     

    φ   =   {1, x , x2, x3}ϕ   =

      {1, x

    }  

    U     u   =

    4i=1 αiφi   =   α1 + α2x +  α3x

    2 + α4x3

     

    n = 4)  

      V   

      v =2

     j=1 β  jϕ j  = β 1 + β 2x    m = 2

  • 8/17/2019 Apostila Fundamentos Matemática

    48/266

       

      U      V   

    D =  d2

    dx2

     

    D : U  → V   

    D

      4i=1

    αiφi

    =

    2 j=1

    β  jϕ j

     

    D  

      i  

    4

    i=1αiD(φi) =

    2

     j=1β  jϕ j

     

    D(φi) ∈ V,  

    D(φi) =2

     j=1

    d jiϕ j

     

    V   

      D(φi)  

    i = 1..4    {1, x , x2, x3}

    D(φ1) =   D(1) = 0

    D(φ2) =   D(x) = 0

    D(φ3) =   D(x2) = 2

    D(φ4) =   D(x3) = 6x

     

    V   

    D(φ1) =   d11 ∗ 1 + d21 ∗ x = 0 ∗ 1 + 0 ∗ xD(φ2) =   d12 ∗ 1 + d22 ∗ x = 0 ∗ 1 + 0 ∗ xD(φ3) =   d13 ∗ 1 + d23 ∗ x = 2 ∗ 1 + 0 ∗ xD(φ4) =   d14 ∗ 1 + d24 ∗ x = 0 ∗ 1 + 6 ∗ x

     

    4i=1

    αiD(φi) =2

     j=1

    β  jϕ j

     

    α1 (0 ∗ 1 + 0 ∗ x) + α2 (0 ∗ 1 + 0 ∗ x) + α3 (2 ∗ 1 + 0 ∗ x) + α4 (0 ∗ 1 + 6 ∗ x) = β 1 ∗ 1 + β 2 ∗ x

  • 8/17/2019 Apostila Fundamentos Matemática

    49/266

       

      V 

    ϕ1   →   α1 ∗ 0 + α2 ∗ 0 + α32 + α40 = β 1ϕ2   →   α1 ∗ 0 + α2 ∗ 0 + α30 + α46 = β 2

     

      0 0 2 0

    0 0 0 6

    α1

    α2

    α3

    α4

    =

      β 1

    β 2

    .

     

    D =

      0 0 2 0

    0 0 0 6

      U      V   

     

     p(x) = 7 + 2x + 15x2 − 0.5x3

     

    D :  U  → V,  

      0 0 2 0

    0 0 0 6

    7

    2

    15

    −0.5

    =

      30

    −3

     

    v = 30 − 3x

     

     u = (x1, x2, x3)    R3

     

    3  

     

    v = (x

    1, x

    2, x

    3)  

     

    R : R3 → R3  

    R(x1, x2, x3) = (x1cos(θ) − x2sin(θ), x1sin(θ) + x2cos(θ), x3).

      R3   {(1, 0, 0), (0, 1, 0), (0, 0, 1)}    

     

    R(1, 0, 0) = (cos(θ),sin(θ), 0)R(0, 1, 0) = (−sin(θ),cos(θ), 0)R(0, 0, 1) = (0, 0, 1)

  • 8/17/2019 Apostila Fundamentos Matemática

    50/266

       

     

    R =

    cos(θ)   sin(θ) 0−sin(θ)   cos(θ) 0

    0 0 1

    .

     

     

    T =

    1 0 0

    0 1 0

    0 0 0

     

    T   : R3 → R3.    kernel  

      p(x) = a0 + a1x + a2x2 + a3x

    3  

     

    4  

      U   = {1, x , x2, x3}.  

      P   

    p = [1, x , x2, x3]

    a0

    a1

    a2

    a3

    =  Ua

      a  

     

    U

      p ∈ P      p(x)    x  

     

     p(s) = C(s)p

      C(s)    s    P   

    p  

     p(s) = C(s)Ua = [1, s , s2, s3]

    a0

    a1

    a2

    a3

    .

     

     p(s)  

     

    p  

  • 8/17/2019 Apostila Fundamentos Matemática

    51/266

       

     

    4    s    p(s)  

    [1, si, s2i , s

    3i ]

    a0

    a1

    a2

    a3

    = p (si) , i = 1..4

     

    E(S )a =  v

     

    S  = {s1, s2, s3, s4}     v  = { p (s1) , p (s2) , p (s3) , p (s4)}    E    

     

    a =  E−1(S )v

     

      E−1    

       

     

     

     

    T   : u∆ → uΦ,  u∆,uΦ ∈V 

     u∆ =

    N i=1 αiδi    ∆     uΦ =

    N  j=1 β  jφ j    Φ  

       

      N i=1

    αiδi

    =

    N  j=1

    β  jφ j

     

    N i=1

    αiT  (δi) =N 

     j=1

    β  jφ j

     

    T (δi)    Φ  

    N i=1

    αi

    N  j=1

    r jiφ j  =N 

     j=1

    β  jφ j

  • 8/17/2019 Apostila Fundamentos Matemática

    52/266

       

     

    r11   ... r1N ...

      . . .  ...

    rN 1   ... rNN 

    T  

    α1...

    αN 

    =

    β 1...

    β N 

     

     

    R  

       

    u∆     u∆ ∈ V     V  ⊆ R2   R    ∆  

    Φ  

      P   : u∆ → uΦ

    u∆   =   α1δ1 + α2δ2  

    uΦ   =   β 1φ1 + β 2φ2

      u∆   =  uΦ  

     

    Φ    V     ∆  

    δ1   =   r11φ1 + r12φ2  

    δ2   =   r21φ1 + r22φ2

     

    u∆ = α1δ1 + α2δ2 =  α1 (r11φ1 + r12φ2) + α2 (r21φ1 + r22φ2)

     

    β 1φ1 + β 2φ2 = α1 (r11φ1 + r12φ2) + α2 (r21φ1 + r22φ2)

     

    φ

    φ1 → β 1   =   r11α1 + r21α2φ2 → β 2   =   r12α1 + r22α2

     

      r11   r21r12   r22

      α1α2

    =   β 1β 2

     

    N  = 2

  • 8/17/2019 Apostila Fundamentos Matemática

    53/266

       

     

    ∆ = {(1, 0), (0, 1)}     Φ = {(3, 1), (−2, 1)}  

    (1, 0) =   r11(3, 1) + r12(−2, 1)(0, 1) =   r21(3, 1) + r22(−2, 1)

     

    1 = 3r11 − 2r120 = 1r11 + 1r12

     

    0 = 3r21 − 2r22

    1 = 1r21 + 1r22

     

    r11  = 0.2    r12 = −0.2    r21 = 0.4     r22 = 0.6  

    R =

      0.2 0.4

    −0.2 0.6

     

      0.2 0.4−0.2 0.6   α1α2 =   β 1β 2 .  

    (7, 9)  

      ∆  

    (5, 4)  

      Φ  

      0.2 0.4

    −0.2 0.6

      7

    9

    =

      5

    4

     

    7(1, 0) + 9(0, 1) = 5(3, 1) + 4(−2, 1).

        u∆     u∆ ∈   V     V  ⊆   R2    

    P   

      Φ  

      ∆  

      P   : uΦ → u∆

    u∆   =   α1δ1 + α2δ2  

    uΦ   =   β 1φ1 + β 2φ2

      u∆   =  uΦ  

  • 8/17/2019 Apostila Fundamentos Matemática

    54/266

       

     ∆    V     Φ  

    φ1   =   p11δ1 + p12δ2  

    φ2   =   p21δ1 + p22δ2

     

    uΦ = β 1φ1 + β 2φ2  =  β 1 ( p11δ1 + p12δ2) + β 2 ( p21δ1 + p22δ2)

     

    α1δ1 + α2δ2 = β 1 ( p11δ1 + p12δ2) + β 2 ( p21δ1 + p22δ2)

     

    δ

    δ1 →α1   =   p11β 1 + p21β 2δ2 → α2   =   p12β 1 + p22β 2

        p11   p21

     p12   p22

      β 1

    β 2

    =

      α1

    α2

    .

     

    β   

    β =  P−1α,

      R =  P−1   ∆  

        p11   p21

     p12   p22

    =

      φ11   φ12

    φ21   φ22

    .

     

    ∆ = {(1, 0), (0, 1)} 

      Φ = {(3, 1), (−2, 1)}  

    (3, 1) =   p11(1, 0) + p12(0, 1)

    (−2, 1) =   p21(1, 0) + p22(0, 1)

     

    3 =   p11

    1 =   p12

  • 8/17/2019 Apostila Fundamentos Matemática

    55/266

       

     

    −2 =   p211 =   p22

       p11 = 3     p12  = 1    p21  = −2     p22 = 1  

    P =

      3   −21 1

    ,

        3   −21 1

     5

    4

    =

      7

    9

    .

     

      R2   P    R  

     

       

     

    x  

      φi  

     

    x =n

    i=1

    αiφi

     

    β  j    δ j  

    x′

    =n

     j=1β  jδ j .