Computer Science › Fundamentos da Ciência da Computação

Cálculo

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  1. Limites: Intuição e a Definição Formal

    O que significa f(x) se aproximar de um valor, primeiro por tabelas e gráficos e depois pela definição épsilon-delta, com limites laterais e os casos em que um limite não existe.

    Ler →6 seções10 min
  2. Leis dos Limites e Formas Indeterminadas

    As leis algébricas que permitem calcular limites em vez de adivinhá-los, o teorema do confronto e como fatoração e racionalização resolvem 0/0, enquanto dividir pela maior potência resolve infinito sobre infinito.

    Ler →6 seções10 min
  3. Limites no Infinito e Crescimento Assintótico

    Limites quando x cresce sem limite, assíntotas horizontais e verticais e a hierarquia de dominância entre logaritmos, polinômios e exponenciais, que é o cálculo por baixo do enunciado formal de Big-O.

    Ler →6 seções10 min
  4. Continuidade e o Teorema do Valor Intermediário

    Continuidade em um ponto e em um intervalo, os tipos de descontinuidade e o Teorema do Valor Intermediário, a garantia de existência por trás da busca por bisseção.

    Ler →6 seções12 min
  5. A Derivada como Taxa de Variação

    A derivada como limite de um quociente de diferenças: taxa de variação instantânea, inclinação da reta tangente, melhor aproximação linear local, e as funções em que ela não existe.

    Ler →6 seções11 min
  6. Regras de Derivação e a Regra da Cadeia

    As regras da potência, do produto, do quociente e da cadeia, deduzidas a partir da definição por limite, com a regra da cadeia lida como composição de aproximações lineares locais.

    Ler →6 seções11 min
  7. Derivadas de Exponenciais, Logaritmos e Funções Trigonométricas

    Por que e é a base cuja exponencial é a própria derivada, as derivadas de logaritmos e funções trigonométricas, e a derivação implícita e logarítmica para expressões que as regras básicas não alcançam.

    Ler →6 seções12 min
  8. O Teorema do Valor Médio e a Monotonicidade

    O teorema de Rolle e o Teorema do Valor Médio, e o que eles justificam: derivada positiva significa função crescente, e derivada nula em um intervalo significa função constante.

    Ler →6 seções11 min
  9. Extremos, Concavidade e Otimização

    Pontos críticos, os testes da primeira e da segunda derivada, concavidade e pontos de inflexão, e como transformar um problema de enunciado em uma otimização em um intervalo fechado.

    Ler →6 seções12 min
  10. A Regra de L'Hôpital

    A regra de L'Hôpital para 0/0 e infinito sobre infinito, quando suas hipóteses falham, e como reescrever as outras formas indeterminadas para que ela se aplique, incluindo a comparação de taxas de crescimento.

    Ler →6 seções10 min
  11. Primitivas e Problemas de Valor Inicial

    Reverter a derivação: a família de primitivas, a constante de integração e como uma condição inicial escolhe uma única solução.

    Ler →6 seções10 min
  12. A Integral Definida e as Somas de Riemann

    A área como limite de somas de Riemann, as regras da esquerda, da direita e do ponto médio, a definição formal da integral definida e suas propriedades básicas.

    Ler →6 seções10 min
  13. O Teorema Fundamental do Cálculo

    As duas partes do Teorema Fundamental do Cálculo, que ligam acúmulo a taxas de variação e reduzem uma integral definida à avaliação de uma antiderivada.

    Ler →6 seções9 min
  14. Integração por Substituição e por Partes

    A substituição como a regra da cadeia ao contrário e a integração por partes como a regra do produto ao contrário, com orientação sobre como escolher a substituição e as partes.

    Ler →6 seções8 min
  15. Aplicações: Área, Volume e Valor Médio

    Montar integrais para a área entre curvas, volumes por fatiamento e por revolução, e o valor médio de uma função em um intervalo.

    Ler →6 seções9 min
  16. Integrais Impróprias

    Integrais sobre intervalos ilimitados ou de funções que explodem em um ponto, definidas como limites; convergência e divergência, o teste-p, o teorema da comparação e por que uma densidade de probabilidade precisa ter integral 1 na reta toda.

    Ler →6 seções11 min
  17. Sequências e Convergência

    Sequências como funções nos números naturais, a definição formal de convergência com epsilon e N, limites por leis, confronto e funções contínuas, e o teorema da convergência monótona para sequências limitadas.

    Ler →6 seções11 min
  18. Progressões Aritméticas e Geométricas

    Progressões aritméticas e geométricas, formas fechadas para os termos e para as somas finitas, o comportamento de r^n, e onde aparecem na computação: contagem de iterações de laços, o custo amortizado de um array dinâmico que dobra de tamanho e o crescimento composto.

    Ler →6 seções12 min
  19. Séries Infinitas e Somas Parciais

    Uma série infinita como o limite de suas somas parciais, a série geométrica, somas telescópicas, o teste da divergência e por que a série harmônica diverge, incluindo como a soma em ponto flutuante pode esconder uma divergência.

    Ler →6 seções11 min
  20. Testes de Convergência

    Os testes da comparação, da integral, da razão, da raiz e da série alternada, convergência absoluta versus condicional, e como escolher um teste para uma série dada.

    Ler →6 seções12 min
  21. Séries de Potências e o Raio de Convergência

    Séries de potências como funções, o raio e o intervalo de convergência, e derivação e integração termo a termo.

    Ler →6 seções12 min
  22. Séries de Taylor e Maclaurin com Cotas de Erro

    Séries de Taylor e Maclaurin, o resto e sua cota de erro, e quantos termos uma precisão-alvo exige, que é a base da aproximação numérica.

    Ler →6 seções12 min
  23. Funções de Várias Variáveis e Curvas de Nível

    Funções de duas ou mais variáveis, seus domínios, gráficos e curvas de nível, e limites e continuidade quando um ponto pode ser alcançado por muitos caminhos.

    Ler →6 seções11 min
  24. Derivadas Parciais e a Regra da Cadeia Multivariável

    Derivadas parciais, o plano tangente como aproximação linear e a regra da cadeia multivariável para composições por variáveis intermediárias.

    Ler →6 seções12 min
  25. Derivadas Direcionais e a Direção de Maior Crescimento

    Aprofunda a lição existente de gradientes sem repeti-la: a derivada direcional, por que o gradiente aponta na direção de maior crescimento e por que ele é perpendicular às curvas de nível.

    Ler →6 seções11 min
  26. Pontos Críticos e o Teste da Segunda Derivada

    Pontos críticos de funções de duas variáveis, o teste da segunda derivada pela Hessiana, pontos de sela e extremos absolutos numa região fechada.

    Ler →6 seções11 min
  27. Coordenadas Polares

    Coordenadas polares, conversão de e para a forma cartesiana, curvas como círculos, cardioides e rosáceas, e área em forma polar.

    Ler →6 seções10 min
  28. Integrais Duplas, Cartesianas e Polares

    Integrais duplas sobre retângulos e regiões gerais, integrais iteradas e o teorema de Fubini, troca da ordem de integração e a mudança para coordenadas polares que calcula a integral gaussiana.

    Ler →6 seções10 min
  29. Integrais Triplas

    Integrais triplas em coordenadas cartesianas, cilíndricas e esféricas, com volume e massa como aplicações e o determinante jacobiano como fator de escala de uma mudança de variáveis.

    Ler →6 seções10 min
  30. Equações Diferenciais e Problemas de Valor Inicial

    O que é uma equação diferencial, ordem e soluções, problemas de valor inicial, campos de direções (slope fields) e crescimento e decaimento exponencial como primeiro modelo.

    Ler →6 seções11 min
  31. Equações Diferenciais Separáveis

    Separação de variáveis, a equação logística, a lei de resfriamento de Newton e a verificação de uma solução por substituição.

    Ler →6 seções12 min
  32. Escolhendo uma Ferramenta de Cálculo: Um Guia de Decisão

    Um guia de decisão para toda a disciplina: dado um problema, escolher entre limites, derivadas, integrais, séries e ferramentas de várias variáveis, e reconhecer a armadilha de cada uma.

    Ler →6 seções9 min

Cálculo

Part of the Computer Science curriculum.

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Funções e as Famílias Elementares

Funções como mapeamentos com domínio e imagem, e as famílias que o restante da disciplina usa o tempo todo: afim, quadrática, polinomial, exponencial, logarítmica e trigonométrica, com composição e inversas. Esta lição absorve a pré-cálculo que a disciplina pressupõe.

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Limites: Intuição e a Definição Formal

O que significa f(x) se aproximar de um valor, primeiro por tabelas e gráficos e depois pela definição épsilon-delta, com limites laterais e os casos em que um limite não existe.

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Leis dos Limites e Formas Indeterminadas

As leis algébricas que permitem calcular limites em vez de adivinhá-los, o teorema do confronto e como fatoração e racionalização resolvem 0/0, enquanto dividir pela maior potência resolve infinito sobre infinito.

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Limites no Infinito e Crescimento Assintótico

Limites quando x cresce sem limite, assíntotas horizontais e verticais e a hierarquia de dominância entre logaritmos, polinômios e exponenciais, que é o cálculo por baixo do enunciado formal de Big-O.

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Continuidade e o Teorema do Valor Intermediário

Continuidade em um ponto e em um intervalo, os tipos de descontinuidade e o Teorema do Valor Intermediário, a garantia de existência por trás da busca por bisseção.

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A Derivada como Taxa de Variação

A derivada como limite de um quociente de diferenças: taxa de variação instantânea, inclinação da reta tangente, melhor aproximação linear local, e as funções em que ela não existe.

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Regras de Derivação e a Regra da Cadeia

As regras da potência, do produto, do quociente e da cadeia, deduzidas a partir da definição por limite, com a regra da cadeia lida como composição de aproximações lineares locais.

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Derivadas de Exponenciais, Logaritmos e Funções Trigonométricas

Por que e é a base cuja exponencial é a própria derivada, as derivadas de logaritmos e funções trigonométricas, e a derivação implícita e logarítmica para expressões que as regras básicas não alcançam.

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O Teorema do Valor Médio e a Monotonicidade

O teorema de Rolle e o Teorema do Valor Médio, e o que eles justificam: derivada positiva significa função crescente, e derivada nula em um intervalo significa função constante.

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Extremos, Concavidade e Otimização

Pontos críticos, os testes da primeira e da segunda derivada, concavidade e pontos de inflexão, e como transformar um problema de enunciado em uma otimização em um intervalo fechado.

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A Regra de L'Hôpital

A regra de L'Hôpital para 0/0 e infinito sobre infinito, quando suas hipóteses falham, e como reescrever as outras formas indeterminadas para que ela se aplique, incluindo a comparação de taxas de crescimento.

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Primitivas e Problemas de Valor Inicial

Reverter a derivação: a família de primitivas, a constante de integração e como uma condição inicial escolhe uma única solução.

13

A Integral Definida e as Somas de Riemann

A área como limite de somas de Riemann, as regras da esquerda, da direita e do ponto médio, a definição formal da integral definida e suas propriedades básicas.

14

O Teorema Fundamental do Cálculo

As duas partes do Teorema Fundamental do Cálculo, que ligam acúmulo a taxas de variação e reduzem uma integral definida à avaliação de uma antiderivada.

15

Integração por Substituição e por Partes

A substituição como a regra da cadeia ao contrário e a integração por partes como a regra do produto ao contrário, com orientação sobre como escolher a substituição e as partes.

16

Aplicações: Área, Volume e Valor Médio

Montar integrais para a área entre curvas, volumes por fatiamento e por revolução, e o valor médio de uma função em um intervalo.

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Integrais Impróprias

Integrais sobre intervalos ilimitados ou de funções que explodem em um ponto, definidas como limites; convergência e divergência, o teste-p, o teorema da comparação e por que uma densidade de probabilidade precisa ter integral 1 na reta toda.

18

Sequências e Convergência

Sequências como funções nos números naturais, a definição formal de convergência com epsilon e N, limites por leis, confronto e funções contínuas, e o teorema da convergência monótona para sequências limitadas.

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Progressões Aritméticas e Geométricas

Progressões aritméticas e geométricas, formas fechadas para os termos e para as somas finitas, o comportamento de r^n, e onde aparecem na computação: contagem de iterações de laços, o custo amortizado de um array dinâmico que dobra de tamanho e o crescimento composto.

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Séries Infinitas e Somas Parciais

Uma série infinita como o limite de suas somas parciais, a série geométrica, somas telescópicas, o teste da divergência e por que a série harmônica diverge, incluindo como a soma em ponto flutuante pode esconder uma divergência.

21

Testes de Convergência

Os testes da comparação, da integral, da razão, da raiz e da série alternada, convergência absoluta versus condicional, e como escolher um teste para uma série dada.

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Séries de Potências e o Raio de Convergência

Séries de potências como funções, o raio e o intervalo de convergência, e derivação e integração termo a termo.

23

Séries de Taylor e Maclaurin com Cotas de Erro

Séries de Taylor e Maclaurin, o resto e sua cota de erro, e quantos termos uma precisão-alvo exige, que é a base da aproximação numérica.

24

Funções de Várias Variáveis e Curvas de Nível

Funções de duas ou mais variáveis, seus domínios, gráficos e curvas de nível, e limites e continuidade quando um ponto pode ser alcançado por muitos caminhos.

25

Derivadas Parciais e a Regra da Cadeia Multivariável

Derivadas parciais, o plano tangente como aproximação linear e a regra da cadeia multivariável para composições por variáveis intermediárias.

26

Derivadas Direcionais e a Direção de Maior Crescimento

Aprofunda a lição existente de gradientes sem repeti-la: a derivada direcional, por que o gradiente aponta na direção de maior crescimento e por que ele é perpendicular às curvas de nível.

27

Pontos Críticos e o Teste da Segunda Derivada

Pontos críticos de funções de duas variáveis, o teste da segunda derivada pela Hessiana, pontos de sela e extremos absolutos numa região fechada.

28

Coordenadas Polares

Coordenadas polares, conversão de e para a forma cartesiana, curvas como círculos, cardioides e rosáceas, e área em forma polar.

29

Integrais Duplas, Cartesianas e Polares

Integrais duplas sobre retângulos e regiões gerais, integrais iteradas e o teorema de Fubini, troca da ordem de integração e a mudança para coordenadas polares que calcula a integral gaussiana.

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Integrais Triplas

Integrais triplas em coordenadas cartesianas, cilíndricas e esféricas, com volume e massa como aplicações e o determinante jacobiano como fator de escala de uma mudança de variáveis.

31

Equações Diferenciais e Problemas de Valor Inicial

O que é uma equação diferencial, ordem e soluções, problemas de valor inicial, campos de direções (slope fields) e crescimento e decaimento exponencial como primeiro modelo.

32

Equações Diferenciais Separáveis

Separação de variáveis, a equação logística, a lei de resfriamento de Newton e a verificação de uma solução por substituição.

33

Escolhendo uma Ferramenta de Cálculo: Um Guia de Decisão

Um guia de decisão para toda a disciplina: dado um problema, escolher entre limites, derivadas, integrais, séries e ferramentas de várias variáveis, e reconhecer a armadilha de cada uma.