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Referências e créditos

Para aprofundar Cajori, Florian. A History of Mathematical Notations. 2 vols. Chicago: Open Court, 1928–1929. As notações de Newton, Leibniz, Lagrange e Arbogast, o $\int$ e os limites de Fourier, o $\infty$ de Wallis. Lagrange, Joseph-Louis. Théorie des fonctions analytiques. Paris: Imprimerie de la République, 1797. Arbogast, Louis F. A. Du calcul des dérivations. Estrasburgo: Levrault, 1800. Wallis, John. De sectionibus conicis. Oxford, 1655. E Arithmetica infinitorum. Oxford, 1656. Boole, George. On a general method in analysis. Philosophical Transactions of the Royal Society, 134, 1844, p. 225–282. Heaviside, Oliver. Electromagnetic Theory. 3 vols. Londres: The Electrician, 1893–1912. Child, J. M. The Early Mathematical Manuscripts of Leibniz. Chicago: Open Court, 1920. Os manuscritos de outubro de 1675, com o “omn.” e o primeiro $\int$. Robinson, Abraham. Non-standard Analysis. Amsterdã: North-Holland, 1966. Tall, David; Vinner, Shlomo. Concept image and concept definition in mathematics with particular reference to limits and continuity. Educational Studies in Mathematics, 12, 1981, p. 151–169. Thompson, Silvanus P. Calculus Made Easy. Londres: Macmillan, 1910. O livro que ensina o cálculo tratando $dx$ como “um pedacinho de $x$”. Earliest Uses of Symbols of Calculus, Jeff Miller. Fontes das imagens Imagem Fonte Licença Folha de rosto da Théorie des fonctions analytiques de Lagrange (1797) Wikimedia Commons domínio público Oliver Heaviside, retrato de autor desconhecido Wikimedia Commons domínio público O primeiro uso do sinal ∞, De sectionibus conicis de Wallis (1655) Wikimedia Commons domínio público John Wallis, retrato a partir de Godfrey Kneller Wikimedia Commons domínio público As figuras interativas (a secante que vira tangente e as somas de Riemann) foram produzidas para este livro e funcionam nos quatro idiomas do site. O registro das imagens baixadas, com o hash de cada arquivo, está em data/semiotica_imagens.json.

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Como ler o cálculo: roteiro e glossário

Este capítulo leu os sinais do cálculo um a um. O roteiro abaixo junta as perguntas que ajudam a lê-los juntos. Cinco perguntas para o cálculo Quem varia e em relação a quem? Em $\frac{dy}{dx}$, as duas letras estão escritas. Em $f'$, a variável está implícita; em $\dot x$, é o tempo. Se não estiver claro, escreva. É uma diferença finita ou um limite? $\Delta$ e $\Sigma$ são contas com números; $d$ e $\int$ são o que sobra quando a conta encolhe sem fim. A forma se parece, o significado muda. O cancelamento vale aqui? Com uma variável e uma ordem de derivação, $\frac{dy}{dx}$ se comporta como fração. Com segundas derivadas ou derivadas parciais, confira antes de cancelar. Qual letra é muda? Na integral, a letra do $d$ é ligada; no limite, a letra da seta também. Nenhuma das duas pode aparecer do lado de fora. O $\infty$ é direção ou quantidade? Em $x\to\infty$ e $\sum^\infty$, é uma direção, e as contas com ele precisam de limite. Só os $\aleph$ de Cantor são quantidades. A leitura completa de uma equação $$\frac{d}{dx}\int_0^{x}e^{-t^2}\,dt=e^{-x^2}.$$ A integral $\int_0^xe^{-t^2}\,dt$ é a área sob a curva em forma de sino, de $0$ até $x$. É uma função de $x$: cada $x$ dá uma área. O $t$ é uma letra muda. Trocá-lo por $s$ não muda nada. Trocá-lo por $x$ seria um erro, porque o $x$ já está no limite. O $\frac{d}{dx}$ é um operador: pede a taxa com que essa área cresce quando $x$ cresce. O $=$ afirma uma identidade, válida para todo $x$. É a primeira parte do teorema fundamental. O detalhe notável: a integral $\int_0^xe^{-t^2}\,dt$ não tem fórmula com funções elementares. Mesmo assim, a sua derivada se escreve em uma linha. A notação permite falar de uma função sem saber escrevê-la. Glossário Diferença ($\Delta$). Variação finita de uma grandeza: $\Delta y=f(x+\Delta x)-f(x)$. Diferencial ($dy$). Variação ao longo da reta tangente: $dy=f'(x)\,dx$. Aproxima $\Delta y$ quando o passo é pequeno. Derivada. Limite de $\frac{\Delta y}{\Delta x}$ quando $\Delta x\to0$. Escrita $\frac{dy}{dx}$, $f'(x)$, $\dot y$ ou $Dy$. Operador. Regra que transforma uma função em outra, como $D$, que deriva. Pode ser somado, multiplicado e, com cuidado, fatorado. Equação característica. Polinômio obtido trocando $D$ por $r$ numa equação diferencial linear com coeficientes constantes. Soma de Riemann. Soma $\sum f(x_i)\,\Delta x$ de áreas de retângulos que aproximam uma integral. Integral definida. Limite das somas de Riemann: $\int_a^b f(x)\,dx$, um número. Primitiva (integral indefinida). Função $F$ com $F'=f$. Determinada a menos de uma constante: $\int f(x)\,dx=F(x)+C$. Teorema fundamental do cálculo. Derivar e integrar são operações inversas: $\frac{d}{dx}\int_a^xf=f(x)$ e $\int_a^bF'=F(b)-F(a)$. Forma indeterminada. Expressão como $\infty-\infty$ ou $\frac00$ cujo valor depende do caminho, e não só da forma. Série. Soma com infinitas parcelas. Converge quando as somas parciais se aproximam de um número, que se chama a soma da série. Convergência condicional. Série que converge, mas cuja soma muda quando as parcelas são reordenadas. Exercício: aplique o roteiroLeia $\displaystyle\lim_{h\to0}\frac{\operatorname{sen}(x+h)-\operatorname{sen}x}{h}=\cos x$. Quem varia é o $h$, ligado pelo limite; o $x$ é livre. A fração é uma diferença finita dividida pelo passo, $\frac{\Delta y}{\Delta x}$, e o limite a transforma na derivada. O $=$ é uma identidade, válida para todo $x$. Na notação de Lagrange, é a frase $\operatorname{sen}'=\cos$; na de Arbogast, $D\operatorname{sen}=\cos$.