Um Curso de Cálculo, Volume 1

Hamilton Luiz Guidorizzi · Capítulo 97 de 111

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Um Curso de Cálculo, Volume 1

D.2 Somas Superior e Inferior de Função Contínua

Sejam f uma função contínua em [a, b] e P : a = x < x < x < … < x 0 1 2 i − 1 < x < … < x = b uma partição de [a, b]. Como f é contínua, f assume em i n

[x , x ] (i = 1, 2, …, n) valor máximo M e valor mínimo m . As somas i − 1 i i i

 

e

 

denominam-se, respectivamente, soma superior e soma inferior de f, relativa à partição P.

Como m ≤ M , segue que, para toda partição P de [a, b], i i

 

Sejam P e P' duas partições de [a, b]; dizemos que P' é um refinamento

de P se P' ⊃ P. O próximo teorema conta-nos que quando se refina uma partição, a soma superior decresce e a inferior cresce.

 

Teorema. Seja f contínua em [a, b] e sejam P e P' duas partições quaisquer de [a, b], com P ⊂

P'. Então,

Demonstração

 

a) Suponhamos que P' tenha um ponto a mais que P, isto é, P' = P ∪

com ∈ [x , x ]. j − 1 j

Assim,

P : a = x < x < … < x < x < … < x = b 0 1 j − 1 j n

e

P' : a = x < x < … < x < < x < …< x = b. 0 1 j − 1 j n

Sejam e os valores mínimos de f em [x , ] e [ , x ], j − 1 j

respectivamente. Observe que

 

em que m é o valor mínimo de f em [x , x ]. j j − 1 j

Temos

 

e

 

Segue de ②

ou seja,

 

Portanto,

 

Deixamos para o aluno demonstrar, por indução finita, que se P' tem n

pontos a mais que P, então

 

b) Fica a cargo do aluno.

■

 

Corolário. Quaisquer que sejam as partições P e P de [a, b], 1 2

(Isto é, toda soma inferior é menor ou igual a toda soma superior.)

 

Demonstração

 

Seja P = P ∪ P ; assim P é um refinamento de P , bem como de P . 1 2 1 2 Por ①

e, pelo teorema,

 

Assim,

 

ou seja,

 

■

Seja f contínua em [a, b]. Pelo corolário acima, toda soma inferior (f,

P) é cota inferior do conjunto

 

Segue que tal conjunto admite ínfimo. Seja L o ínfimo de A. Como toda

soma inferior é cota inferior de A resulta, para toda partição P de [a, b],

 

Por outro lado, para toda partição P de [a, b] e qualquer que seja a

escolha de c em [x , x ], i i − 1 i

 

De ③ e ④ resulta