🎯 Guia de Estudo — CDI-II Exame de 1ª Época

Parent project: Cálculo Diferencial e Integral II Resumo teórico: Resumo CDI-II Exame (Fichas 6–11)

De onde vem este guia

Análise dos exames de 1ª época de 2023, 2024 (+ repescagem) e 2025 (todas as horas/versões disponíveis em Exames_Anos_Anteriores/). O exame tem 5 questões, 1 hora, 20 valores. O padrão repete-se quase à letra todos os anos — abaixo está o molde, questão a questão, com a lógica de resolução.


🗺️ Estrutura do Exame (o molde que se repete)

QTema dominanteValoresFichaProbabilidade
Q1Volume de sólido como integrais iterados numa ordem dada (só escrever, não calcular)~5 valF7Quase certo
Q2Mudança de coordenadas (cilíndricas / esféricas): massa, volume ou integral~4 valF8Quase certo
Q3Integral de linha de campo escalar (massa/integral de fio)~3 valF9Muito provável
Q4Campo vetorial: é gradiente? + trabalho (TFC / Green / homotopia)~5 val (a,b,c)F10–F11Quase certo
Q5Questão teórica / demonstração (Green, Fubini, gradientes)~3 valF7–F11Quase certo

Estratégia global de tempo (60 min)

Q1 e Q2 valem ~9/20 e são mecânicas → garante-as primeiro (≈25 min). Q4 é onde se perdem pontos por sinais/orientação → ≈20 min. Q3 é rápida (≈8 min). Q5 (teórica) ao fim, com o tempo que sobrar.


1️⃣ Q1 — Volume por Integrais Iterados (Ficha 7)

O que pedem (e o que NÃO pedem)

Dão um sólido definido por planos/desigualdades e pedem uma expressão do volume como integral iterado numa ordem fixa (ex.: ). Não é preciso calcular — a cotação está toda em acertar nos limites e em partir o domínio corretamente.

A lógica: integrar "de dentro para fora"

A ordem lê-se assim:

  • (interno): fixa → varia entre as duas superfícies que limitam .
  • (médio): fixa → varia na “sombra” do corte a constante.
  • (externo): varia entre os valores extremos globais.

Ou seja: corta o sólido com planos perpendiculares à variável externa e descreve cada fatia.

Passos

  1. Identificar todas as desigualdades e que superfície cada uma representa.
  2. Escolher a variável externa (a última, ex. ) e ver o seu intervalo global.
  3. Para cada valor dessa variável, desenhar a secção (corte) e descrevê-la nas outras duas.
  4. Detetar onde a geometria do corte muda → é aí que se parte o integral numa soma.

O truque que distingue 5 val. de 2 val.

Quase sempre o sólido obriga a partir em 2 (ou 3) integrais somados, porque a fórmula da fatia muda a meio (ex.: a fatia deixa de ser limitada pela reta e passa a ser limitada pela curva/circunferência). Treina precisamente isto — é o erro mais penalizado.

Exemplo real (Exame 23/06/2025 - 8h)

, na ordem .


2️⃣ Q2 — Mudança de Coordenadas (Ficha 8)

O que pedem

Um sólido com simetria circular/axial/esférica e uma densidade . Pedem massa (), volume ou um integral . A escolha das coordenadas certas resolve 80% do problema.

Qual sistema escolher (decisão rápida)

  • Aparece e há um eixo privilegiado → cilíndricas, .
  • Aparece (esferas) ou cones → esféricas, .
  • Simetria em (eixo ) → cilíndricas adaptadas ao eixo : , .
  • (toro/donut) → cilíndricas e depois trasladar .

Passos

  1. Ler a simetria das condições → escolher o sistema.
  2. Reescrever cada desigualdade nas novas variáveis (define os novos limites).
  3. Substituir o integrando e multiplicar pelo Jacobiano.
  4. Integrar (muitas vezes os integrais em e separam-se e dão constantes).

Exemplo real (Exame 23/06/2025 - 11h, esféricas)

, densidade . Massa?

Exemplo real (Exame 17/06/2024 - 13h, cilíndricas no eixo Ox)

. Calcule .

Momento de inércia (sai com frequência)

, onde é a distância ao eixo. Para o eixo deslocado: (Exame 2025 9h30 Q5).


3️⃣ Q3 — Integral de Linha de Campo Escalar (Ficha 9)

O que pedem

Uma curva (muitas vezes interseção de duas superfícies) com densidade . Pedem a massa ou o integral . É a questão mais curta e segura.

Fórmula única

Passos

  1. Parametrizar a curva — quase sempre uma circunferência via cilíndricas.
  2. Calcular e .
  3. Substituir na densidade e integrar em .

Exemplo real (Exame 23/06/2025 - 9h30)

, densidade . Massa?

Caso "gráfico" (repescagem 2024)

Se a curva é , parametriza por : e . Mesma fórmula.


4️⃣ Q4 — Campo Vetorial: Conservativo? + Trabalho (Fichas 10–11)

O coração do exame (e onde mais se erra)

Tipicamente 3 alíneas: (a) testar se um campo é gradiente / achar potencial; (b) e (c) calcular trabalhos ao longo de curvas, escolhendo a ferramenta certa (TFC, Green ou homotopia). Os pontos perdem-se em sinais e orientação.

Árvore de decisão para calcular um trabalho

  1. O campo é gradiente (fechado + domínio simplesmente conexo)?
    • Sim + curva fechada → trabalho .
    • Sim + curva aberta → TFC: .
  2. Há singularidade (denominador , etc.)?
    • Decompor .
    • A parte singular dá se a curva envolver a singularidade, senão (homotopia).
  3. Curva fechada sem singularidade dentro → Green: .

Regras de sinal (decorar)

  • em torno da origem, anti-horário ; horário .
  • Singularidade centrada noutro ponto : mesma regra, conta se a curva a envolve.
  • Green com curva horária: trocar o sinal (a fórmula é para anti-horário).

Exemplo real (Exame 23/06/2025 - 8h, alíneas b e c)

, com . Trabalho ao longo de curvas fechadas.

Exemplo real (Exame 17/06/2024 - 8h, decomposição em 3D)

, , sobre .

Cálculo do potencial (alínea típica "mostre que é gradiente")

Integra em → ; depois impõe para achar . Ex. (2024): .


5️⃣ Q5 — Questão Teórica / Demonstração (Fichas 7–11)

O que pedem

Uma demonstração curta usando um teorema central. Não é cálculo — é justificar com rigor. Vale ~3 val. e costuma ser acessível se reconheceres o teorema.

Os clássicos que já saíram

  • Green disfarçado: mostrar que calculando e invocando Green (2025 11h: identidade de Green ).
  • Igualdade das derivadas cruzadas via Fubini (2023): supor que diferem num ponto, integrar num retângulo, chegar a contradição.
  • Caminho gradiente não é fechado (2024): .
  • Campo determinado pelo trabalho: se para todo , então .

Como atacar

Identifica qual teorema está escondido (Green, Fubini, TFC para integrais de linha). Quase todas reduzem-se a calcular ou a aplicar o TFC e usar uma desigualdade estrita.


🔁 Padrões Recorrentes (o que decorar mesmo)

Lista de "aparece quase sempre"

  1. Q1 é sempre “escrever volume, não calcular” → treina partir o domínio em somas de integrais.
  2. Q2 é sempre mudança de coordenadas → memoriza Jacobianos e cilíndricas adaptadas ao eixo (simetria ).
  3. O campo (e transladado para ) → trabalho . Aparece todos os anos.
  4. Decomposição campo = gradiente + parte singular é a técnica-mestra da Q4.
  5. Green para curvas fechadas planas; cuidado com orientação (horário → sinal ).
  6. Curvas da Q3/Q4 são interseções de superfícies → reconhece a circunferência e parametriza.
  7. Simplesmente conexo é a palavra-passe: fechado + simplesmente conexo ⇒ gradiente.

Checklist anti-erro (lê 2 min antes de entregar)

  • Jacobiano em módulo e correto (, )?
  • Limites de / traduzidos das condições geométricas?
  • Orientação da curva conferida (sinal do trabalho)?
  • Campo testado para fechado antes de assumir gradiente?
  • Domínio simplesmente conexo (sem buracos) antes de aplicar TFC?
  • Q1: o domínio precisa de ser partido em vários integrais?
  • Singularidade dentro da curva de Green? Se sim, recortar.

📅 Plano de Estudo Sugerido

Roteiro

  1. Refaz a Q1 de cada exame (2023→2025): é mecânica e vale 5 val. Foco em partir o domínio.
  2. Refaz todas as Q2: alterna cilíndricas/esféricas/eixo- até automatizar a escolha.
  3. Lista as Q4 lado a lado: vais ver a mesma decomposição (gradiente + ) repetir-se.
  4. Faz 1 exame completo cronometrado (1h) por dia nos últimos dias.
  5. Revê o Resumo para a teoria de suporte de cada questão.

Exames disponíveis para treino

Estudo EXAME/Exames_Anos_Anteriores/:

  • 2025: 23 Junho (8h, 9h30, 11h × v1/v2)
  • 2024: 17 Junho (8h, 10h30, 13h × v1/v2) + Repescagem 1 Julho (9h, 11h30)
  • 2023: 26 Junho (13h v1/v2) — com soluções detalhadas