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Gráfico de Γ(x) no intervalo ]-5,5]
A função especial beta é definida para as variáveis reais pelo integral
(1)
que é impróprio mas convergente, no caso de e
e pelo menos uma das variáveis
ou
.
A função (para
e
) relaciona-se com a função especial gama
(2)
através da conhecida identidade
(3)
que não vou demonstrar.
O que me proponho demonstrar é a chamada fórmula da reflexão ou dos complementos da função gama no domínio real, seguindo o método indicado nos exercícios não resolvidos 10 e 11 da página 683 do livro de Angus E. Taylor, Advanced Calculus, Blaisdell Publishing Company, 1955.
Proposição: Se for real, é válida a identidade seguinte
(4)
Notação: é a cosecante de
.
Demonstração: Se , tem-se
como resulta da mudança de variável . O integral
é convergente se , porque nesta condição
é convergente e
tende para 1, quando
tende para
, e, por outro lado, o integral
também nesse caso é convergente, porque converge e
tende para 1, quando
tende para
.
Outra representação integral da função beta é:
(5)
que se obtém de (1) através das substituição
.
De (5) resulta
Usando agora o desenvolvimento em série de
,
obtém-se
e
,
e integrando termo a termo a função integranda , como
e
,
depois de agrupar os termos pares da série
com os ímpares da série
obtém-se no fim a série
.
Em consequência
Ora, a série de Fourier da função , em que
, é
que assume o desenvolvimento particular para :
donde, efectivamente
Esta mesma identidade também se verifica para complexo.
ADENDA de 23-1-2009: para obtém-se
donde
(6)
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A desigualdade de Cauchy-Schwarz, já demonstrada anteriormente, é também uma consequência directa da identidade de Lagrange; neste sentido esta identidade constitui uma generalização dessa desigualdade, que
relembro ser
Proposição: Identidade de Lagrange. Para os reais e
(com
) verifica-se
Demonstração: O produto de duas somas com termos cada é uma soma com
termos:
Os índices e
de cada termo genérico
podem ser iguais
ou o primeiro menor do que o segundo
ou maior
Separando estes três grupos de parcelas, vem
donde
Particularizando, para e
obtém-se
e para
Ora
pelo que
Por outro lado
donde
visto que, por troca dos índices e
, se tem
provando-se assim a identidade indicada acima
Correcção de 1-12-2008: na fórmula da desigualdade de Cauchy-Schwarz, bem como no pdf.
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Proponho-me demostrar a seguinte regra de derivação
como aplicação do teorema relativo à derivada total em relação a de uma função de duas variáveis reais ambas função de
.
Teorema: Sejam uma aplicação de
em
diferenciável em
e
e
duas aplicações de
em
diferenciáveis em
Então
Demonstração: seja o incremento de
em
associado a um incremento
em
:
Por hipótese, e
são diferenciáveis em
pelo que existem variáveis reais
que tendem ambas para
com
tais que
Admitindo que é contínua existe um número real
tal que a primeira parcela de
se pode exprimir na forma
A variável real tende para
com
. Existe ainda outra variável real
que também tende para
com
; é tal que a segunda parcela de
é da forma
.
Vem, portanto
Assim, tem-se
em que
que tende para 0 com . Logo
como se queria demonstrar
Exemplo 1: demonstre a seguinte regra de derivação
Neste caso temos , em que
e
. A derivada
será
sendo
donde se chega imediatamente à regra enunciada.
Exemplo 2: determine
Aplica-se a regra do exemplo 1:
NOTA DE 8-12-2008: a regra de derivação do exemplo 1 pode ser deduzida sem recorrer ao teorema da derivada da função composta, reparando que
atendendo a e aplicando de seguida a regra de derivação da função exponencial.
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A desigualdade de Cauchy-Schwarz corresponde ao seguinte
Teorema: Para todo o vector e todo o vector
, tem-se:
ou
Demonstração
Qualquer que seja o real , tomo o vector
, e vou achar
.
Seja qual for o , o trinómio do lado direito, em
, não muda de sinal, é sempre positivo ou igual a zero, porque o número
é não negativo:
,
o que implica que o seu discriminante seja menor ou igual a zero
,
significando que
.
Daqui pode ainda concluir-se que
.
Se algum dos vectores for nulo, esta relação é evidentemente verificada.
O significado geométrico em desta desigualdade é o de que o produto interno de dois vectores é menor ou igual ao produto dos módulos (das normas) desses vectores.
[Actualização de 30-9-2008: acrescentado pdf]
ADENDA de 27-11-2008: esta desigualdade é uma consequência directa da identidade de Lagrange demonstrada nesta entrada
Correcção de 1-12-2008: na segunda desigualdade do Teorema
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Para facilidade de consulta, decidi reunir aqui as entradas já publicadas sobre Séries de Fourier:
Séries de Fourier 1 – Sistemas de Funções Ortogonais
Séries de Fourier 2 – Relação de Parseval
Séries de Fourier 3 – Série Trigonométrica de Fourier
Séries de Fourier 4 - Problemas
Séries de Fourier 5 – Problemas II
Séries de Fourier 6 – Problemas III
Actualização de 20-11-2008: Suprimido o texto, ficando apenas os links, para evitar diferenças de actualização.



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