Um Curso de Cálculo, Volume 2

Hamilton Luiz Guidorizzi · Capítulo 11 de 108

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Um Curso de Cálculo, Volume 2

2.3 Teorema do Valor Médio para Integral

a) Verifique que F′(x) = f (x) em todo x em que f for

 

contínua.

 

b) F é derivável em x = 1? Em caso afirmativo,

calcule F′(1) e compare com f (1).

 

Verifique que F′(x) = f (x) para todo x.

 

2.3 Teorema do Valor Médio para Integral

No próximo parágrafo, vamos enunciar e demonstrar o 2 o teorema fundamental do cálculo. Para tal, vamos precisar do teorema do valor médio ou teorema da média para integral.

 

Teorema (do valor médio para integral). Se f for contínua em [a, b], então existirá pelo

menos um c em [a, b] tal que

 

Demonstração Como f é contínua em [a, b], pelo teorema de Weierstrass, f assume em [a, b] valor máximo e valor mínimo. Sejam M o valor máximo e m o valor mínimo de f em [a, b]. Assim, para todo x em [a, b],

 

m ≤ f (x) ≤ M

 

e daí

 

ou seja,

 

e, portanto,

 

Deste modo, é um número entre o menor e o maior valor de f em [a,

 

b]; pelo teorema do valor intermediário, existe c em [a, b] tal que

 

ou seja,

 

■

Interpretação Geométrica do Teorema do Valor Médio para Integral

 

Suponhamos f contínua em [a, b] e f (x) ≥ 0 em [a, b]. Assim, é a

área do conjunto A limitado pelas retas x = a, x = b, pelo eixo x e pelo gráfico de y = f (x). O teorema do valor médio conta-nos, então, que existe c em [a, b] tal que a área do retângulo de base b – a e altura f (c) é igual à área de A.

 

Antes de encerrar a seção, vamos destacar uma outra propriedade que será

utilizada na demonstração do 2 o teorema fundamental do cálculo.

Seja f integrável em [a, b] e seja c ∈ ]a, b[. Vimos na Seção 11.4 (Vol. 1)

que se f for integrável em [a, c] e em [c, b], então

 

Pois bem, na próxima seção, vamos precisar da seguinte propriedade, cuja

demonstração deixamos a seu cargo: “Se f for integrável em todo intervalo fechado contido em I, então

 

quaisquer que sejam α, β e γ no intervalo I.”

 

Exercícios 2.3

1. Suponha f (x) > 0 e contínua em [a, b]. Prove que

 

2. Suponha f (x) ≥ 0 e contínua em [a, b]. Prove que se

 

então f (x) = 0, para todo x ∈ [a, b].

 

3. Suponha f (x) ≥ 0 e integrável em [a, b]. A afirmação

 

é falsa ou verdadeira? Justifique.