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www.esab.edu.br Matemática Aplicada Matemática Aplicada Vila Velha (ES) 2018 Escola Superior Aberta do Brasil Diretor Geral Nildo Ferreira Diretora Acadêmica Beatriz Christo Gobbi Coordenadora do Núcleo de Educação a Distância Beatriz Christo Gobbi Coordenadora do Curso de Administração EAD Rosemary Riguetti Coordenador do Curso de Pedagogia EAD Claudio David Cari Coordenador do Curso de Sistemas de Informação EAD David Gomes Barboza Produção do Material Didático-Pedagógico Delinea Tecnologia Educacional / Escola Superior Aberta do Brasil Diretoria Executiva Charlie Anderson Olsen Larissa Kleis Pereira Margarete Lazzaris Kleis Conteudista Ana Paula Bertoldi Oberziner Scheila Nair Costa Adriana Nogueira Junqueira de Paiva Jean Heitich da Silva Coordenação de Projeto Patrícia Battisti Líderança Técnica Design Educacional Renata Oltramari Supervisão de Revisão Gramatical Andréa Borges Minsky Supervisão de Design Gráfico Laura Martins Rodrigues Design Educacional João Paulo Mannrich Revisão Gramatical Daniela Piantola Érica Valduga Hellen Melo Pereira Design Gráfico Fernando Andrade Neri Gonçalves Ribeiro Diagramação Dilsonir José Martins Junior Grazielle Xavier Karina Silveira Equipe Acadêmica da ESAB Coordenadores dos Cursos Docentes dos Cursos Copyright © Todos os direitos desta obra são da Escola Superior Aberta do Brasil. www.esab.edu.br Av. Santa Leopoldina, nº 840 Coqueiral de Itaparica - Vila Velha, ES CEP 29102-040 Apresentação Caro estudante, Disciplina de Matemática Aplicada. Vamos percorrer um longo caminho, que inicia nos conceitos mais elementares da matemática, chegando até suas aplicações no curso de Administração. Alguns assuntos talvez você já tenha estudado, no entanto, aqui eles terão uma nova abordagem para contribuir de forma significativa na sua vida profissional. Na elaboração deste material didático foram utilizados os seguintes autores como referência básica: Guidorizzi (2010), Murolo (2012), Silva e Abrão (2008), por isso as maiores contribuições deste material são encontradas nessas três obras. Como referências complementares contaremos com os autores: Demana et al. (2009), Goldstein, Schneider e Lay (2012), Medeiros (2005), Silva, Silva e Silva (2011) e Jacques (2010), que no geral trabalham com conceitos mais aprofundados sobre a disciplina de Matemática. Estudar matemática requer dedicação, concentração e exata compreensão dos conceitos. Como trataremos dessas questões com foco nas aplicações em sua área de interesse, pretendemos que este estudo seja bastante prazeroso e interessante. Convidamos você a iniciar esta disciplina com muita motivação para que, ao final deste estudo, você possa ter um novo olhar sobre os problemas de administração. Bom estudo! Objetivo O nosso objetivo é desenvolver oportunidades de compreender aplicações da matemática, estabelecendo relações entre conhecimentos específicos do curso de administração. Para isso, é necessário identificar situações-problema, propor soluções frente a diferentes níveis de dificuldade e desenvolver o raciocínio lógico e crítico. Habilidades e competências • Reconhecer a importância do conhecimento matemático em diferentes situações- problema do curso de Administração. • Reconhecer os conceitos de funções, limites e derivadas e suas aplicações no curso de Administração. • Estabelecer conexões entre temas matemáticos de diferentes campos e entre esses temas e conhecimentos de outras áreas curriculares. • Reconhecer, no contexto social, diferentes significados e representações dos números e operações – naturais, inteiros, racionais ou reais. • Comparar e saber utilizar conhecimentos sobre funções, limites e derivadas no curso de Administração, analisando as informações para a construção de argumentos. Ementa Números reais (operações, representações e intervalos). Álgebra (uso de equações e inequações na resolução de problemas). Funções (linear, quadrática, inversa, composta, exponencial, logarítmica) e suas aplicações (problemas de demanda e oferta de mercado, receita, custo e lucro). Cálculo diferencial no dia a dia de um gestor (limites e derivadas) e suas aplicações. Sumário 1. Conjuntos numéricos e números reais .............................................................................7 2. Uso de calculadora na resolução de operações matemáticas .........................................16 3. Equações do primeiro grau ............................................................................................21 4. Equações do segundo grau ............................................................................................26 5. Inequações do primeiro grau ........................................................................................31 6. Inequações do segundo grau ........................................................................................37 7. Introdução ao conceito de funções ................................................................................43 8. Função linear – parte I ..................................................................................................49 9. Função linear – parte II .................................................................................................54 10. Aplicações de função linear ...........................................................................................60 11. Equação da reta ............................................................................................................69 12. Exercícios sobre função linear ........................................................................................75 13. Função quadrática ........................................................................................................84 14. Função quadrática – parte I ..........................................................................................89 15. Função quadrática – parte II .........................................................................................95 16. Aplicações de função quadrática .................................................................................102 17. Exercícios sobre função quadrática ..............................................................................106 18. Função inversa ............................................................................................................111 19. Função composta ........................................................................................................117 20. Função exponencial – parte I ......................................................................................123 21. Função exponencial – parte II .....................................................................................129 22. Aplicações de função exponencial ...............................................................................135 23. Função logarítmica – parte I .......................................................................................141 24. Função logarítmica – parte II ......................................................................................147 25. Aplicações de funções logarítmicas .............................................................................156 26. Exercícios sobre função inversa, composta, exponencial e logarítmicas......................161 27. O limite de uma função ...............................................................................................166 28. Cálculo de limites usando suas leis – parte I ...............................................................171 29. Cálculo de limites usando suas leis – parte II ..............................................................176 30. Cálculo de limites usando suas leis – parte III .............................................................181 31. Continuidade e descontinuidade de funções ...............................................................18632. Limites no infinito .......................................................................................................195 33. Assíntotas horizontais .................................................................................................200 34. Derivadas ....................................................................................................................207 35. Derivadas: Taxa de Variação .........................................................................................213 36. Derivadas de Funções Polinominais e Exponenciais ....................................................220 37. Derivadas: regra do produto ........................................................................................228 38. Derivadas: regra do quociente .....................................................................................233 39. Exercícios sobre derivadas ...........................................................................................238 40. Derivadas: regra da cadeia – parte I ............................................................................243 41. Regra da cadeia – parte II ...........................................................................................247 42. Derivada de ordem superior ........................................................................................253 43. Exercícios sobre derivadas ...........................................................................................258 44. Aplicações de derivadas no estudo das funções...........................................................263 45. Aplicações de derivadas no estudo das funções – parte I ............................................270 46. Aplicações de derivadas no estudo das funções – parte II ...........................................277 47. Aplicações das derivadas nas áreas econômica e administrativa .................................284 48. Exercícios de revisão ....................................................................................................289 Glossário ............................................................................................................................296 Referências ........................................................................................................................303 www.esab.edu.br 7 1 Conjuntos numéricos e números reais Objetivo Representar e fazer operações com números reais, além de trabalhar com notação de intervalo e potenciação com expoentes inteiros. Você já observou que uma das atividades mais presentes do nosso dia a dia é a contagem? Contamos o dinheiro, a quilometragem até chegar ao trabalho, os habitantes de certa cidade, as páginas de um livro etc. Houve um tempo em que o homem não sabia contar, pois não era preciso. Com o passar do tempo, as pessoas passaram a se questionar: Qual a quantidade de animais nesse rebanho? Quantas batatas foram obtidas nesta colheita? Quantas pessoas vivem nesta comunidade? A partir de então começaram a criar diferentes representações para essas quantidades até chegarem à representação dos números utilizada atualmente. Esta primeira unidade trata dos conjuntos de números criados para representar estas quantidades e sua formalização matemática. Veremos conceitos que dão base a esta disciplina, do ponto de vista da matemática e também vamos (re)conhecer tipos de conjuntos e fazer operações com seus elementos de forma correta, o que nos dará mais facilidade no momento em que formos resolver problemas. 1.1 Representação dos números reais De acordo com Demana et al. (2009, p. 3), “[...] um número real é qualquer número que pode ser escrito na forma decimal.” Esses números são representados por símbolos já conhecidos por você, como: 3 70, 5, 1, 44, 105, 3, , , 3, 5, , 1,3636 ... e 0,3. 3 eπ- - - www.esab.edu.br 8 Todos esses números fazem parte do conjunto dos números reais, denotado pelo símbolo R. Além disso, eles podem ser representados por pontos em uma reta horizontal, chamada de reta real. O número 0 é identificado como a origem. À sua direita marcam-se os valores positivos e à sua esquerda os negativos, como no exemplo da Figura 1. Números reais negativos Números reais positivos –1–2–3–4–5 2 3 4 50 1 3− π Figura 1 – Reta real. Fonte: Elaborada pelos autores (2013). Exemplo 1: Represente o conjunto { }23, 5, , 5, 1,5,3- - -π sobre uma reta real. l –1–2–3–4–5 2 3 4 50 1 π− 1,5− 2 3 5 35− Figura 2 – Reta real representando o conjunto do exemplo 1. Fonte: Elaborada pelos autores (2013). Existem outros conjuntos numéricos conhecidos, que são subconjuntos dos números reais. São eles: conjunto dos números naturais, dos inteiros, dos racionais e dos irracionais. O conjunto dos números naturais, representado por N, tem os seguintes elementos: N = { 1, 2, 3, 4, 5, ...}. Os números inteiros, cujo conjunto é representado pelo símbolo Z é composto pelos números naturais e seus opostos, ou seja, os negativos: Z = { ..., –3, –2, –1, 0, 1, 2, 3, 4, ...}. www.esab.edu.br 9 O conjunto dos números racionais Q é composto por todos os números que podem ser escritos na forma de fração , a b em que a e b são números inteiros e b ≠ 0. Observe os seguintes exemplos: 7 1,75 4 4 0,363636... 0,36 11 102 5 93 3 = = = = - - = Note que o conjunto dos números inteiros está contido no conjunto dos números racionais. Os números irracionais são todos os números que não pertencem ao conjunto dos racionais, por exemplo: 3, , 2, 9, 1,948563840...eπ Note que nenhum destes pertence ao conjunto dos números racionais, pois eles não podem ser escritos como a razão entre dois números inteiros. Ao unirmos todos os conjuntos mencionados, teremos o conjunto dos números reais. A Figura 3 mostra como um conjunto está contido no outro até formar o conjunto dos números reais, que iremos trabalhar ao longo desta disciplina. www.esab.edu.br 10 Números Racionais Números Irracionais Números Reais Números Inteiros Números Naturais Figura 3 – Conjuntos numéricos. Fonte: <www.infoescola.com>. 1.2 Ordem e notação de intervalo No conjunto dos números reais, é possível dizer que um número é “maior que” ou “menor que” outro, pois ele é considerado um conjunto ordenado. Essa característica pode ser identificada na reta de números reais (Figura 1), e são usados símbolos de desigualdade para fazer as representações. Os símbolos são: <, >, ≤, ≥. Vejamos, por meio de alguns exemplos, a utilização desses símbolos. Símbolo Leitura Significado Representação gráfica < 3x x menor que 3 Representa todos os números reais estritamente menores que 3. 3 > 3x x maior que 3 Representa todos os números reais estritamente maiores que 3. 3 ≤ 3x x menor ou igual a 3 Representa todos os números reais menores ou iguais a 3. 3 ≥ 3x x maior ou igual a 3 Representa todos os números reais maiores ou iguais a 3. 3 − ≤ ≤2 4x x entre–2 e 4 Representa todos os números reais entre –2 e 4. 4–2 Quadro 1 – Ordem dos números reais. Fonte: Elaborado pelos autores (2013). www.esab.edu.br 11 Ao tomarmos um “pedaço” do conjunto dos números reais, como nos exemplos do Quadro 1, é possível utilizarmos outra notação para representar esse intervalo de números: a notação de intervalos. Os intervalos são muito importantes no estudo de funções. Fique atento, pois você irá precisar desses conceitos daqui a pouco! A desigualdade –2 ≤ x ≤ 4 é um intervalo limitado. Além disso, dizemos que ele é fechado, pois inclui os extremos –2 e 4. Existem quatro tipos de intervalos limitados. Vejamos sua notação em comparação com a notação de desigualdade. Notação de intervalo Tipo de intervalo Notação de desigualdade Representação gráfica [2,3] Fechado ≤ ≤2 3x 32 ]2,3[ Aberto < <2 3x 32 [2,3[ Fechado à esquerda e aberto à direita ≤ <2 3x 32 ]2,3] Aberto à esquerda e fechado à direita < ≤2 3x 32 Quadro 2 – Intervalos limitados de números reais. Fonte: Elaborado pelos autores (2013). Noteque os números 2 e 3 são os extremos do intervalo. Na representação gráfica, quando um valor extremo pertence ao intervalo, marca-se uma “bolinha” fechada sobre a reta. Já quando um valor extremo não pertence ao intervalo, marca-se uma “bolinha” aberta sobre a reta, isto é, consideram-se todos os valores muito próximos ao extremo, menos ele. www.esab.edu.br 12 Agora conheceremos os quatro intervalos não limitados, mas para isso é preciso lembrar que o símbolo –∞ é utilizado para representar o infinito negativo e o símbolo +∞ para representar o infinito positivo. Notação de intervalo Tipos de intervalo Notação de desigualdade Representação gráfica [3, [+∞ Fechado ≥ 3x 3 ]3, [+∞ Aberto > 3x 3 Fechado ≤ 3x 3 Aberto < 3x 3 Quadro 3 – Intervalos não limitados de números reais. Fonte: Elaborado pelos autores (2013). Observe que o intervalo aberto ]–∞, +∞ [ pode ser utilizado para representar o conjunto dos números reais. Exemplo 2: Converta a notação de intervalo para desigualdade ou vice- versa. Encontre os extremos e verifique se o intervalo é limitado, seu tipo e a representação gráfica. a. ]‒3, 2] Solução: A notação de desigualdade para esse intervalo corresponde a –3 < x ≤ 2; o intervalo é limitado, do tipo fechado à direita e aberto à esquerda, e seus extremos são ‒3 e 2. b. 1 ≤ x ≤ 5 Solução: A notação de intervalo é [1, 5]; o intervalo é limitado e fechado, com extremos 1 e 5. c. ]–∞, 2[ www.esab.edu.br 13 Solução: A notação de desigualdade é x < 2; o intervalo não é limitado, é aberto e possui apenas o extremo 2. 1.3 Propriedades básicas da álgebra Existem algumas operações possíveis de serem feitas com o conjunto dos números reais. Elas são conhecidas como adição, subtração, divisão e multiplicação. No entanto, existem propriedades da álgebra (regras) que devemos conhecer para realizar as operações corretamente. Propriedades 1. Comutativa • Adição: + = +3 4 4 3 • Multiplicação: ⋅ = ⋅3 4 4 3 2. Associativa • Adição: (3 4) 5 3 (4 5)+ + = + + • Multiplicação: ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅(3 4) 5 3 (4 5) 3. Elemento neutro • Adição: + =3 0 3 • Multiplicação: ⋅ =3 1 3 4. Oposto • + − =3 ( 3) 0 • Dizemos que −3 é o oposto de 3 e vice-versa. 5. Inverso • ⋅ = 13 1 3 • Dizemos que 1 3 é o inverso de 3, pois seu produto é igual a 1. 6. Distributiva • ⋅ + = +( )a b c ab ac • + ⋅ = +( )a b c ac bc Quadro 4 – Propriedades da álgebra. Fonte: Elaborado pelos autores (2013). www.esab.edu.br 14 Essas propriedades serão utilizadas ao longo da disciplina como ferramenta na realização dos cálculos, especialmente a propriedade distributiva. 1.4 Potenciação com expoentes inteiros A potenciação é uma notação (símbolo) criada para simplificar a representação de produtos com o mesmo termo, isto é, podemos representar 2 . 2 . 2 . 2 . 2 como 25. Dizemos “2 elevado a 5” e chamamos o número 2 de base e o 5 de expoente. A base de uma potência pode ser qualquer número real e, neste caso, o expoente será um número inteiro. Nesse sentido, podemos fazer diferentes operações com as potências, mas observando as seguintes propriedades. Propriedades Exemplos 1. +⋅ =m n m na a a +⋅ = =2 5 2 5 73 3 3 3 2. −= m m n n a a a −= = 5 5 2 3 2 3 3 3 3 3. =0 1a − =( 7) 1 4. − = 1n na a − =5 0 5 13 3 5. ⋅ = ⋅( )n n na b a b − − −⋅ = ⋅4 4 4(2 3) (2 ) (3 ) 6. =( )n m nma a ⋅= =5 2 5 2 10(3 ) 3 3 7. = n n n a a b b = 5 5 5 2 2 3 3 Quadro 5 – Propriedades da potenciação. Fonte: Elaborado pelos autores (2013). www.esab.edu.br 15 Exemplo 3: Usando as propriedades de potenciação, simplifique as expressões a seguir supondo que os denominadores sejam diferentes de zero. a. 4 3 2 5 x y x y Solução: Pela propriedade 2, temos: 4 3 4 2 3 5 2 2 2 5 . x y x y x y x y - - -= = b. 2 2 4 2 (3 ) 3 x y y Solução: Pelas propriedades 2 e 6, temos: 2 2 4 2 4 4 4 2 2 2 (3 ) 3 3 . 3 3 x y x y x y y y = = c. 3 2 xy - Solução: Pelas propriedades 4, 5 e 7, temos: 3 3 3 32 . 2 8 xy x y xy - = = Saiba mais Note que em um dos exemplos anteriores, a resposta nos fornece uma dízima periódica, ou seja, uma repetição periódica e infinita de um ou mais algarismos. Nesse caso, o período é 36 e representamos a repetição com um traço sobre a sequência que se repete. Para saber mais sobre o assunto acesse a esta página ou assista ao vídeo disponível aqui. http://www.somatematica.com.br/fundam/dizimas.php http://www.youtube.com/watch?v=GAkULGmmbJw www.esab.edu.br 16 2 Uso de calculadora na resolução de operações matemáticas Objetivo Usar a calculadora na resolução de operações matemáticas. A calculadora é um importante instrumento para realização de operações matemáticas. Existem diferentes tipos de calculadoras, que variam de acordo com o modelo e a capacidade de realizar operações. As calculadoras mais simples são aquelas que realizam apenas as operações básicas (adição, subtração, divisão, multiplicação e porcentagem). As que oferecem funções como a logarítmica, a exponencial e as trigonométricas usualmente são chamadas de calculadoras científicas. Além disso, temos calculadoras específicas para a área financeira ou para a engenharia, com funções mais avançadas e construção de gráficos. Para o nosso curso, a calculadora científica é suficiente. A Figura 4 mostra um exemplo desse modelo de calculadora. www.esab.edu.br 17 Figura 4 – Calculadora científica. Fonte: <www.casio-intl.com>. Observe que nela, além das operações básicas, estão disponíveis as funções trigonométrica, logarítmica, exponencial, raiz, entre outras. Além disso, o uso de parênteses, muito comum na matemática, também pode ser feito. Para descobrir o valor de uma expressão matemática como × +7 (1,35 2,43) 4,5 com o uso da calculadora científica, basta digitar a expressão toda, utilizando as funções destacadas na Figura 5. Perceba que na calculadora a operação de multiplicação é representada por um x. www.esab.edu.br 18 Figura 5 – Funções para resolver a expressão. Fonte: <www.casio-intl.com>. Inicialmente seleciona-se a função , que representa uma fração: A função replay possui quatro flechas, e assim é possível posicionar a digitação no numerador ou denominador da fração. Primeiramente digitamos o numerador, por exemplo 7 × (1,35 + 2,43), nesse mesmo formato, utilizando os parênteses. Em seguida é preciso posicionar a digitação para que se possa inserir o denominador e finalmente apertar o sinal de igualdade para obter a resposta. × + = 7 (1,35 2,43) 5,88 4,5 Se necessário, é possível transformar os números decimais em fracionários, e vice-versa, com a função: . www.esab.edu.br 19 Nesse caso, basta pressionar a tecla e teremos 1475,88 . 25 = Dica Na página, disponivel aqui, você encontra uma calculadora científica on-line. Não deixe de conhecer e praticar! Outras funções importantes são raiz e potência. Vejamos como utilizar a calculadora para encontrar o valor da expressão - +4 52 144 32. Iremos utilizar as funções destacadas na Figura 6. Figura 6 – Funções para resolver a expressão. Fonte: <www.casio-intl.com>. Para digitarmos a potência 24 utiliza-se a função destacada posicionada à direita, em que aparece: Com a função replay, posiciona-se para digitar a base 2 e o expoente 5 em seus respectivos lugares. http://www.mycalculadora.com/calculadora-cientifica-online/ www.esab.edu.br 20 A raiz quadrada 144 pode ser digitada com a função mostrada à esquerda, na Figura 6, , bastando digitar o número 144. Para raiz quinta, isto é, raiz com índice 5, é preciso pressionar a tecla SHIFT (no canto esquerdo superior) e em seguida a tecla . Assim é selecionada a função em amarelo (acima da tecla), aparecendo o seguinte: . Então, basta digitar o índice 5 e o radicando 32. Para resolver a expressão completa, usam-se todas as funções citadas em cada parte até formar a expressão - +4 52 144 32 e pressiona-se o sinal de igualdade para obtera solução. 4 52 144 32 6- + = O uso da calculadora é bastante útil, pois facilita os cálculos com as operações matemáticas. No entanto, para utilizá-la é preciso saber resolver os cálculos de acordo com as propriedades da álgebra citadas na unidade 1. www.esab.edu.br 21 3 Equações do primeiro grau Objetivo Apresentar equações do primeiro grau. As equações são importantes na resolução dos problemas que iremos abordar nas próximas unidades, principalmente quando falarmos sobre funções. Assim como as funções estão presentes no dia a dia das pessoas, as equações, como ferramenta de resolução de casos específicos nos problemas de funções, também apresentam-se em problemas do nosso cotidiano, como a função linear que nos dá uma relação entre o preço em função da quantidade litros abastecido de determinado combustível. Aproveite para conhecer as principais ferramentas para a resolução das questões que serão abordadas nesta disciplina. 3.1 Equações Segundo Demana et al. (2009, p. 37), “[...] uma equação é uma afirmativa de igualdade entre duas expressões”, ou seja, em uma equação ambos os lados (expressões) são iguais. Isso nos permite realizar qualquer operação em ambos os lados da equação e a igualdade ainda se mantém. De acordo com as definições de equação, vejamos alguns exemplos para melhor compreensão: 1. − = +3 7 2 3x x 2. + + =2 2 1 0x x 3. − =6 1 0y 4. + = −2 3x x 5. − = +5 2 2 8 4 a a www.esab.edu.br 22 Note que a primeira equação é formada por duas expressões: 3x – 7 e 2x + 3. Sendo assim, você pode observar as expressões que compõem todas as equações dos exemplos citados. Na equação 3x – 7 = 2x + 3, se substituirmos o valor 10 no lugar da variável x, teremos o seguinte: 3 . 10 – 7 = 2 . 10 + 3 30 – 7 = 20 + 3 23 = 23 Isso quer dizer que o valor 10 é solução da equação 3x – 7 = 2x + 3, pois torna a igualdade verdadeira. Nesse sentido, resolver uma equação é encontrar todos os valores que satisfazem essa igualdade. Para resolver uma equação são utilizadas operações que mudam a “cara” da equação sem alterar sua solução. É o que chamamos de equações equivalentes. Vejamos, por meio de um exemplo, as operações utilizadas na resolução de uma equação. Exemplo 1: Resolva a equação 4x – 7 = 2x + 3. − = +4 7 2 3x x Subtraia 2x em ambos os lados para eliminar a variável x do lado direito e isolar no lado esquerdo. − =2 7 3x Adicione 7 de ambos os lados para eliminar os números do lado esquerdo e isolar no lado direto. =2 10x Divida ambos os lados por 2 para obter o valor da variável x. = 5x Assim, o conjunto solução será {5}. De forma geral, é possível realizar as seguintes transformações nas equações: adicionar o mesmo número ou a mesma expressão em ambos os lados; subtrair o mesmo número ou a mesma expressão em ambos os lados; multiplicar ambos os lados pelo mesmo número (ou expressão) não nulo; dividir ambos os lados pelo mesmo número (ou expressão) não nulo; simplificar expressões em um dos lados de uma equação. www.esab.edu.br 23 3.2 Equações do primeiro grau Uma equação do primeiro grau possui a forma ax + b = 0, em que a e b são números reais e a ≠ 0. Além disso, ela apresenta uma única solução. Vejamos algumas equações do primeiro grau e o processo para determinar seu conjunto solução. Exemplo 2: Resolva as equações. a. 5 2 2 8 4 x x- = + Solução: Veja que estamos trabalhando com frações cujos denominadores são 8, 1 e 4. O mínimo múltiplo comum é 8. − = + 5 2 2 8 4 x x Multiplique ambos os lados por 8 para eliminar os denominadores em todas as parcelas. − ⋅ = ⋅ + 5 28 8 2 8 4 x x Segundo a propriedade distributiva vista na unidade 1. − = ⋅ + ⋅5 2 8 2 8 4 xx − = +5 2 16 2x x Some 2 em ambos os membros para eliminar os números do lado esquerdo e isolar no lado direto. = +5 18 2x x Subtraia 2x em ambos os membros para eliminar a variável x do lado direito e isolar no lado esquerdo. =3 18x Divida ambos os membros por 3 para obter o valor da variável x. = 6x Assim, o conjunto solução será {6}. b. - = -3 2 5 4 8 x x x www.esab.edu.br 24 Solução: Neste caso, o mínimo múltiplo comum dos denominadores das frações é 40. − = − 3 2 5 4 8 x x x Multiplique ambos os lados por 40 para eliminar os denominadores em todas as parcelas. ⋅ − ⋅ = ⋅ − ⋅ 340 40 40 2 40 5 4 8 x x x Segundo a propriedade distributiva vista unidade 1. − = −8 30 80 5x x x − = −22 80 5x x Some 5x em ambos os membros para eliminar a variável x do lado direito e isolar no lado esquerdo. − =17 80x Divida ambos os lados por -17 para obter o valor da variável x . = − 80 17 x Assim, o conjunto solução será{ }− 80 .17 c. 5x = 2x – (1 – 3x) Solução: = − −5 2 (1 3 )x x x Remova os parênteses usando as regras da subtração. = − +5 2 1 3x x x Atenção para os sinais! = −5 5 1x x Subtraia 5x em ambos os membros para eliminar a variável x do lado direito e isolar no lado esquerdo. = −0 1 A igualdade não é verdadeira. Neste caso, dizemos que a equação não admite solução. d. 5 7 3 x x + = - Solução: Os denominadores das frações são x – 3 e 1. Dessa forma, o mínimo múltiplo comum entre eles é x – 3. www.esab.edu.br 25 + = − 5 7 3 1 x x Multiplique ambos os membros por x-3 para eliminar os denominadores em todas as parcelas. + − = − − 5( 3) 7( 3) 3 xx x x Segundo a propriedade distributiva vista na unidade 1. + = −5 7 21x x Subtraia x em ambos os membros para eliminar a variável x do lado esquerdo e isolar no lado direito. = −5 6 21x Some 21 em ambos os membros para eliminar os números do lado direito e isolar no lado esquerdo. =26 6x Divida ambos os membros por 6 para obter o valor da variável x. = 26 6 x Simplifique a fração dividindo o numerador e o denominador por 2. = 13 3 x Assim, o conjunto solução será { }13 .3 Note que o valor encontrado deve ser um número diferente de 3, pois caso contrário o denominador da fração seria zero, e não é possível dividir por zero. Verifique se as soluções encontradas são verdadeiras utilizando uma calculadora. Assim você já estará praticando! Fórum Caro estudante, dirija-se ao Ambiente Virtual de Aprendizagem da Instituição e participe do nosso Fórum de discussão. Lá você poderá interagir com seus colegas e com seu tutor de forma a ampliar, por meio da interação, a construção do seu conhecimento. Vamos lá? www.esab.edu.br 26 4 Equações do segundo grau Objetivo Apresentar equações do segundo grau. As equações do segundo grau podem ser aplicadas na resolução de problemas relacionados a funções do segundo grau, mas também em problemas específicos como o cálculo das dimensões de um campo de futebol para a Copa do Mundo. Sabe-se que o comprimento de um campo tem 40m a mais do que a largura e sua área total é 10.800m2. A equação que encontra o tamanho dos lados do campo de futebol é a equação do segundo grau x2 + 40x – 10.800 = 0. Esta unidade mostra o que é uma equação do segundo grau e como resolvê-la. As equações do segundo grau são da forma ax2 + bx + c = 0, em que a, b, e c são números reais e a é diferente de zero. Note que, se a for igual a zero, cairemos em uma equação do primeiro grau. A seguir, são dados alguns exemplos de equações do segundo grau: 1. + + =23 5 2 0x x 2. − = −24 20 17x x 3. + =(3 11) 20x x 4. − − =2 20 0x x 5. − + =( 9)( 4) 0x x Nos exemplos (3) e (5), as equações estão escritas na forma fatorada. Veja que ao aplicarmos a propriedade distributiva no exemplo (5), teremos a seguinte equação equivalente: www.esab.edu.br 27 (x – 9)(x + 4) = 0 x2 + 4x – 9x – 36 = 0 x2 – 5x – 36 = 0 Ao substituir o valor 9 na equação, verificamos que ele é solução desta equação do segundo grau. x2 – 5x – 36 = 0 92 – 5 . 9 – 36 = 0 81 – 45 – 36 = 0 O mesmo acontece com o valor –4, isto é, ele também é solução desta equação. Observe que, ao escrevermos a equação na forma fatorada ((x – 9)(x + 4) = 0), esses números aparecem de forma evidente. Devemos apenas tomar cuidado com o sinal, queé sempre o oposto (contrário) do que está aparecendo. Portanto, uma forma de encontrar as raízes é, se possível, escrever a equação na forma fatorada. Outro caminho é utilizar a fórmula de Bhaskara. Para isso, considere uma equação do tipo ax2 + bx + c = 0. As soluções dessa equação são encontradas por meio da seguinte fórmula: - ± - = 2 4 2 b b acx a Exemplo 1: Encontre o conjunto solução da equação x2 – x – 6 = 0. Solução: Para utilizarmos a fórmula de Bhaskara, destacamos os valores dos coeficientes, ou seja, os valores de a, b e c. Observe neste exemplo que a = 1, b = 1 e c = 6. Agora basta substituir. www.esab.edu.br 28 2 2 4 2 ( 1) ( 1) 4 1 ( 6) 2 1 1 1 24 2 1 5 2 b b acx a x x x - ± - = - - ± - - ⋅ ⋅ - = ⋅ ± + = ± = Então, temos como soluções: + - = = = = -1 2 1 5 1 53 2 2 2 x x O conjunto solução desta equação é {‒2, 3}. Observe que nos exemplos mostrados as equações apresentaram duas soluções. Isso sugere que as equações do segundo grau possuem duas soluções. Vejamos alguns exemplos de como encontrar as soluções de uma equação do segundo grau. Exemplo 2: Encontre as soluções da equação: a. 3x2 ‒ 6x = 5 Solução: Inicialmente devemos deixar a equação igualada a zero: www.esab.edu.br 29 − =23 6 5x x Assim, devemos subtrair 5 de ambos os membros para eliminar os números do lado direito. − − =23 6 5 0x x Aplicamos a fórmula de Bhaskara para = = − = −3, 6 e 5a b c para encontrarmos as raízes da equação. − − ± − − ⋅ ⋅ − = ⋅ 2( 6) ( 6) 4 3 ( 5) 2 3 x ± + = 6 36 60 6 x ± = 6 96 6 x Dessa forma, as soluções são: + - = ≅ = ≅ -1 2 6 96 6 962,63 0,63 6 6 x x b. (x – 2)(x + 1) = 0 Solução: Esta equação do segundo grau está na forma fatorada e suas soluções encontram-se visíveis na própria equação: x1 = 2 e x2 = –1. Observe que sempre tomamos o valor com o sinal oposto. Ao substituirmos o valor 2 na equação (x – 2)(x + 1) = 0, ele será uma solução, pois (2 – 2)(2 + 1) = 0 . 3 = 0. O mesmo acontece para o valor –1, isto é, (–1 – 2)(–1 + 1) = (–3) . 0 = 0. c. (x + 5)2 (2x – 7)2 = 82 Solução: Inicialmente devemos desenvolver os quadrados utilizando a propriedade distributiva: (x + 5)2 = (x + 5)(x + 5) = x2 + 10x + 25 e (2x – 7)2 = (2x – 7) (2x – 7) = 4x2 –28x + 49 www.esab.edu.br 30 Assim, temos a equação: + − =2 2( 5) (2 7) 82x x + + + − + =22 10 25 4 28 49 82x x x x Combinamos os termos semelhantes. − − =25 18 8 0x x Aplicamos a fórmula de Bhaskara com = = − = −5, 18 e 8a b c e encontramos as raízes da equação. − − ± − − ⋅ ⋅ − = ⋅ 2( 18) ( 18) 4 5 ( 8) 2 5 x ± + = 18 324 160 10 x ± = 18 22 10 x As soluções são as seguintes: + - = = = = - = -1 2 18 22 18 22 4 24 10 10 10 5 x x É interessante notar que sempre podemos resolver uma equação do segundo grau pela fórmula de Bhaskara, mas é um caminho que exige ou pouco mais de cálculos. A forma fatorada nos dá as soluções de maneira mais imediata, mas se a equação não estiver inicialmente nesta forma, nem sempre é evidente transformá-la em sua forma fatorada. www.esab.edu.br 31 5 Inequações do primeiro grau Objetivo Apresentar inequações do primeiro grau. Nesta unidade precisaremos de conceitos abordados na unidade 1, principalmente sobre desigualdades e sua representação na reta de números reais. Uma inequação do primeiro grau com variável é uma desigualdade do tipo ax + b < 0, ax + b ≤ 0, ax + b > 0 ou ax + b ≥ 0, sendo a e b números reais e diferente de zero. Dessa forma, alguns exemplos de inequações do primeiro grau são: 1. + ≥5 3 0x 2. − < 32 2 7 x 3. − − + ≤3( 5) 4( 6) 7x x 4. − + − ≤ − 2 3 5 4 35 3 6 8 x x x Resolver uma inequação significa encontrar valores de x que satisfaçam a desigualdade. A inequação do exemplo 1 apresenta um conjunto de valores como solução. Por exemplo, o valor 1: 5x + 3 ≥ 0 5∙1 + 3 = 8 ≥ 0 Portanto, o número é solução da inequação. Ao substituirmos os valores 2, 3, ... , eles também serão solução da inequação. Então, como encontrar o conjunto solução? Devemos usar algumas propriedades, semelhantes às utilizadas nas equações. www.esab.edu.br 32 Considere u, v, w, z números reais, variáveis ou expressões algébricas e c um número real (DEMANA et al., 2009, p. 49). Propriedades das inequações Transitiva Se < < <e , então .u v v w u w Adição Se < + < +então .u v u w v w Multiplicação Se < > <e 0, então .u v c uc vc Se < < >e 0, então .u v c uc vc Quadro 6 – Propriedades das inequações. Fonte: Demana et al. (2009). A multiplicação de uma inequação por um número positivo preserva a desigualdade, enquanto a multiplicação por um número negativo inverte a desigualdade. Vejamos alguns exemplos em que aplicamos as propriedades para encontrar o conjunto solução das inequações. Exemplo 1: Resolva: a. - + ≤ +3( 1) 2 5 6x x www.esab.edu.br 33 Solução: − + ≤ +3( 1) 2 5 6x x Segundo a propriedade distributiva que vimos na unidade 1. − + ≤ +3 3 2 5 6x x − ≤ +3 1 5 6x x Adicionamos l em ambos os membros para eliminar os números do lado esquerdo e isolar a variável x. ≤ +3 5 7x x Subtraímos 5x em ambos os membros para eliminar a variável x do lado direito e isolar no lado esquerdo. − ≤2 7x Multiplicamos por − 1 2 em ambos os membros para obter o valor da variável x. − ⋅ − ≤ − ⋅ 1 1( 2 ) 7 2 2 x Atenção: a desigualdade é invertida pois multiplicamos ambos os lados por um valor negativo. ≥ − 7 2 x Portanto, o conjunto solução dessa inequação são todos os números reais maiores ou iguais a - 7 . 2 Em notação de intervalos, o conjunto solução é - +∞ 7 , . 2 A visualização do conjunto solução na reta dos números reais é: 7 2 − Figura 7 – Reta representando o conjunto solução - +∞ 7 , . 2 Fonte: Elaborada pelos autores (2013). b. 3(x – 5) – 4(x + 6) ≤ 7 www.esab.edu.br 34 Solução: − − + ≤3( 5) 4( 6) 7x x Propriedade distributiva (unidade 1). − − − ≤3 15 4 24 7x x Simplificando. − − ≤39 7x Somamos 39 em ambos os membros. − ≤ 46x Multiplicamos por −1 em ambos os membros. Perceba novamente que o sentido da desigualdade muda. ≥ −46x O conjunto solução desta inequação são todos os números maiores ou iguais a –46. Em notação de intervalos, o conjunto solução é [–46, +∞[. A visualização do conjunto solução na reta dos números reais é: 46− Figura 8 – Reta representando o conjunto solução [−46,+∞[. Fonte: Elaborada pelos autores (2013). c. - +- > -2 3 5 4 35 3 6 8 x x x Solução: − + − > − 2 3 5 4 35 3 6 8 x x x Multiplicamos ambos os lados pelo mínimo múltiplo comum 24 para eliminar os denominadores em todas as parcelas. − + ⋅ − ⋅ > − ⋅ (2 3) (5 4) 324 24 120 24 3 6 8 x x x Simplificamos. − − − > −16 24 20 16 120 9x x x − − > −4 40 120 9x x Somamos em ambos os membros para eliminar a variável x do lado direito e isolar no lado esquerdo. >5 160x Multiplicamos ambos os membros por 1 5 para obter o intervalo em que a variável x está. > 32x www.esab.edu.br 35 O conjunto solução desta inequação são todos os números reais maiores que 32. A representação em intervalos do conjunto solução é ]32, +∞[. A visualização do conjunto solução na reta real é: 32 Figura 9 – Reta representando o conjunto solução ]32,+∞[. Fonte: Elaborada pelos autores (2013). d. Solução: Neste caso o conjunto solução estará entre dois valores. + − < ≤ 2 53 5 3 x Multiplicamos por 3 todos os termos para eliminar os denominadores em todas as parcelas. − < + ≤9 2 5 15x Subtraímos 5 em todos os termos para eliminar os números do lado direito e esquerdo. − < ≤14 2 10x Multiplicamos todos os termos por 1 2 para obter o intervalo em que a variável x está. − < ≤7 5x O conjunto solução desta inequação são todos os números reais entre –7 e 5, incluindo o 5. Em notação de intervalos, o conjunto solução é ]–7, 5] e sua representação na reta de números reais é: 57− Figura 10 – Reta representando o conjunto solução ]‒7, 5]. Fonte: Elaborada pelos autores (2013). www.esab.edu.br 36 e. 0< 3 – 5x ≤ 10 Solução: < − ≤0 3 5 10x Subtraímos 3 em todos os membros. − < − ≤3 5 7x Multiplicamos todos os membros por − 1 .5 > ≥ − 3 7 5 5 x Atenção: a desigualdade é invertida. − ≤ < 7 3 5 5 x O conjunto solução desta inequação são todos os números reais entre 7 3e , 5 5 - incluindo o - 7 . 5 A notação em intervalos do conjunto solução é 7 3, . 5 5 - A sua representação na reta real fica: 7 5 − 3 5 Figura 11 – Reta representando o conjunto solução 7 3, . 5 5 - Fonte: Elaborada pelos autores (2013). www.esab.edu.br 37 6 Inequações do segundo grau Objetivo Apresentar inequações do segundo grau. Uma inequação do segundo grau é do tipo ax2 + bx + c > 0 (ou para qualquer outro símbolo de desigualdade), com a, b e c números reais e a diferente de zero. Veja algumas inequações do segundo grau: 1. − − ≥2 12 0x x 2. − ≤2 8 20x x 3. + ≤22 3 20x x 4. − <2 4 1x x Para encontrarmos o conjunto solução de uma inequação do segundo grau, é preciso lembrar alguns conceitos de função do segundo grau. Em nossa disciplina, teremos apenas uma unidade abordando conceitos de função do segundo grau, mas algumas noções são necessárias neste momento. Procurar os números reais em que a inequação do segundo grau x2 + x ‒ 2 > 0 tem solução é o mesmo que procurar situações em que a função y = x2 + x ‒2 é positiva. Como podemos encontrar os valores em que uma função é positiva? Sabemos que o gráfico de uma função do segundo grau é uma parábola. Além disso, é importante lembrar que, em uma função do tipo y = ax2 + bx + c, quando a é positivo, a parábola tem concavidade voltada para cima e quando a é negativo, a parábola tem concavidade voltada para baixo. www.esab.edu.br 38 O gráfico da função y = x2 + x ‒ 2 é: x y 0 –1 –1–3–4 –3 –2 –2 4 3 2 1 4321 Figura 12 – Gráfico da função y = x2 + x – 2. Fonte: Elaborada pelos autores (2013). Os valores para os quais a função é positiva são os valores em que é positivo. Isto é, segundo o gráfico, se tomarmos valores de x maiores que 1, teremos o valor y associado positivo. O mesmo acontece se tomarmos valores menores que ‒2. No entanto, quando tomamos valores de x entre ‒2 e 1, o gráfico fica abaixo do eixo x, ou seja, a função é negativa. A inequação x2 + x – 2 > 0 encontra todos os valores de x que tornam a função positiva. Pelo gráfico, o conjunto solução é ]–∞, –2[ ∪ ]1, +∞[. Como podemos encontrar os valores –2 e 1? Observe que, quando resolvemos a equação x2 + x – 2 = 0, o conjunto solução é {‒2, 1}. Então, basta resolver a equação para encontrarmos os valores nos quais a função corta o eixo x. Não é preciso construir o gráfico para resolvermos uma inequação do segundo grau. Veja o processo completo nos exemplos a seguir. www.esab.edu.br 39 Exemplo 1: Resolva as inequações. a. x2 – x – 12 > 0 Solução: Inicialmente encontre o conjunto solução da equação x2 – x – 12 = 0. Pela fórmula de Bhaskara, o conjunto solução é {–3, 4}. Esses valores indicam onde a função y = x2 – x – 12 corta o eixo x. Observe que nesta função a = 1 e a > 0, ou seja, a parábola tem concavidade voltada para cima. É importante fazer um esboço do gráfico (Figura 13) para a melhor visualização do conjunto solução. Veja que este esboço não é o gráfico da função. –3 – ++ 4 Figura 13 – Esboço da função y = x2 – x – 12. Fonte: Elaborada pelos autores (2013). Assim, fica mais fácil observar que o conjunto solução para a inequação x2 – x –12 > 0 são os valores de maiores que 4 e menores que ‒3. Em notação de intervalos temos o conjunto solução ]–∞, –3[ ∪ ]4, +∞[. www.esab.edu.br 40 b. 2x2 + 3x ≥ 20 Solução: Pela fórmula de Bhaskara, o conjunto solução da equação 2x2 + 3x ‒ 20 = 0 é { }- 54, .2 Observa-se também que a parábola tem concavidade voltada para cima, pois a = 2. – ++ 4− 5 2 Figura 14 – Esboço da função y = 2x2 + 3x – 20. Fonte: Elaborada pelos autores (2013). O conjunto solução da inequação 2x2 + 3x – 20 ≤ 0 são todos os valores de x maiores que 5 2 e menores que ‒4, incluindo ‒4 e 5 , 2 pois nesses valores a inequação é igual a zero. Em notação de intervalos, o conjunto solução é 5] , 4] , . 2 - ∞ - ∪ +∞ c. x2 – 8x – 20 ≤ 0 Solução: Utilizando a fórmula de Bhaskara, o conjunto solução da equação x2 – 8x – 20 = 0 é {–2, 10}. Fazendo um esboço do gráfico da função y = x2 – 8x – 20 e observando que a parábola tem concavidade voltada para cima, temos: www.esab.edu.br 41 – ++ 102− Figura 15 – Esboço da função y = x2 – 8x – 20. Fonte: Elaborada pelos autores (2013). Gostaríamos de encontrar valores de x em que a função é negativa. Observe que os valores que estamos buscando estão entre –2 e 10, ou seja, o conjunto solução desta inequação é [–2, 10]. Estudo complementar Caso você queira construir gráficos de funções, especialmente as do segundo grau, conheça o software gratuito Winplot, que você pode baixar na internet clicando aqui, ou fazendo uma busca no Google. http://www.baixaki.com.br/download/winplot.htm www.esab.edu.br 42 Resumo Estas primeiras unidades servem de base para o estudo de todas as seguintes. Os conteúdos que estudamos são ferramentas importantes para a interpretação e resolução de problemas. Já que os números reais são aqueles que iremos abordar ao longo da disciplina, as operações com eles, seja por meio de calculadoras ou mentalmente, devem ser conhecidas por você para que não haja problemas em obter os resultados corretos. A notação de intervalos e as desigualdades são importantes no estudo de funções, limites e derivadas. Dentre as funções (que são nosso próximo tema), temos funções do primeiro e do segundo grau, e para desenvolvê- las é necessário o conhecimento de equações e inequações do primeiro e do segundo grau. Destacamos também a importância da visualização geométrica dos resultados encontrados, isto é, o conjunto solução das inequações do primeiro grau representado na reta real e o esboço feito para observar o conjunto solução das inequações do segundo grau. Esperamos que a matemática vista nestas unidades, mesmo abordada sem tanta aplicação no curso de administração, já tenha contribuído para sanar algumas dificuldades nesta área. www.esab.edu.br 43 7 Introdução ao conceito de funções Objetivo Introduzir o conceito de funções a partir de problemas de Administração. Agora que estudamos as equações e inequações do primeiro e do segundo grau, temos suporte para continuar nossos estudos através do conceito de funções e seu papel no curso de Administração. As funções que abordaremos são funções lineares, quadráticas, exponenciais e logarítmicas e teremos como principal base os autores Murolo e Bonetto (2012). Esta unidade apresenta alguns conceitos gerais de funções (definição, domínio e imagem) e mostra de que forma elas podem nos auxiliar na resolução de certos tipos de problemas. Exemplo 1 Um determinado produto “A”, por exemplo, sofre alteração de preço, em reais, ao longo do ano de acordo com a Tabela 1. Tabela 1 – Preço médio do produto “A”. Mês (t) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Preço (P) 6,70 6,75 6,80 6,88 6,95 7,01 7,08 7,14 7,20 7,28 7,36 7,45 Fonte: Murolo e Bonetto (2012). Nessa tabela, os meses estão representados por números, sendo o número 1 correspondente ao mês de janeiro, o 2 ao mês de fevereiro, e assim sucessivamente. www.esab.edu.br 44 Você pode observar que cada mês (t) tem um único preço (P) associado, o que caracteriza uma função matemática. Segundo Murolo e Bonetto (2012, p. 2), “A cada valor da grandeza t está associado um único valor da grandeza P, caracterizando P como uma função de t, o que é indicado por p = f (t).” Para sua reflexão No exemplo, se um dos meses tivesse dois preços associados, não poderíamos caracterizar essa situação como uma função matemática, ou seja, não tem sentido falar que o preço médio do mês 2 é 6,75 reais e 6,70 reais. Existe apenas um preço médio em cada mês, você concorda? A resposta a essareflexão forma parte de sua aprendizagem e é individual, não precisando ser comunicada ou enviada aos tutores. Na função que associa os meses (t) com o preço (p), chamamos a variável p de dependente, pois seu valor depende do mês que é escolhido. E a variável t é chamada de variável independente. www.esab.edu.br 45 Uma representação dos valores da Tabela 1 pode ser feita por meio de um gráfico, como na Figura 16. p t 7,0 7,1 7,2 7,3 7,4 7,5 6,4 6,5 6,6 6,7 6,8 6,9 321 654 987 10 12110 Figura 16 – Preço médio do produto “A”. Fonte: Murolo e Bonetto (2012). Você pode observar que os pontos do gráfico não formam uma linha reta, mas estão próximos disso. Nesse sentido, não há uma função exata que represente a situação do exemplo citado, mas é possível fazer uma aproximação que resultará na função p (t). Essa função é encontrada utilizando-se métodos numéricos adequados. Existem diferentes formas de encontrar a função que melhor se ajusta aos dados observados. Mas neste problema foi feita uma regressão linear utilizando o Método de Mínimos Quadrados (MMQ). Como o estudo desses métodos não é o objetivo deste curso, não entraremos em maiores detalhes. p (t) = 0,0676 t + 6,6104 Quando você tem a função que associa a variável independente “mês” com a variável dependente “preço”, é possível fazer um novo gráfico, traçando uma reta, em que se nota uma grande aproximação. www.esab.edu.br 46 p t 7,0 7,1 7,2 7,3 7,4 7,5 6,4 6,5 6,6 6,7 6,8 6,9 321 654 987 10 12110 Figura 17 – Função que aproxima o preço médio do produto “A”. Fonte: Murolo e Bonetto (2012). De forma geral, o conjunto de valores para variável independente (t) forma o domínio da função. Enquanto o conjunto de valores da variável dependente (p) forma a imagem da função. No gráfico da Figura 16, nota-se que o domínio da função era o conjunto {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12}. Ao fazermos a aproximação do problema pelo MMQ, encontramos a função p (t) = 0,0676 t + 6,6104 e o domínio passa a ser o conjunto dos números reais (Figura 17). O raciocínio é análogo para a imagem da função (MUROLO; BONETTO, 2012). Existem muitos tipos de funções que representam situações de problemas de administração. Veja agora outros exemplos. www.esab.edu.br 47 Exemplo 2 A análise estatística da venda (v) de um CD ao longo dos meses (t). Por meio de técnicas matemáticas adequadas, encontrou-se a função: ( ) 2507 1 500 0,5t v t = + ⋅ Essa função é uma estimativa das vendas ao longo do tempo e foi encontrada a partir dos dados disponíveis (pontos em azul). O método para encontrar a função (v) não é objeto de estudo desta disciplina. Considerando que a venda (v) é dada em milhares de exemplares e o tempo (t) em meses, você pode observar o gráfico da função venda na Figura 18. v t 100 50 200 150 300 250 2 64 8 10 12 14 16 18 200 Figura 18 – Vendas de um CD. Fonte: Murolo e Bonetto (2012). A função mostra que as vendas não ultrapassam o valor de 250.000 cópias. Neste caso, dizemos que a função é limitada superiormente, isto é, se você aumentar a quantidade de meses, o valor máximo de cópias de CDs que é possível vender é 250.000 (MUROLO; BONETTO, 2012). Observe que a imagem dessa função é o intervalo [0, 250]. www.esab.edu.br 48 Exemplo 3 O custo (c) por unidade de certo produto é modificado de acordo com a quantidade (q) produzida. Por meio de dados estatísticos e utilizando métodos matemáticos adequados, foi obtida a função que relaciona o custo (em reais) com a quantidade (em unidades): ( ) 240 50c q q = + Essa função é uma estimativa do custo unitário de acordo com a quantidade produzida. O método para encontrar a função não é objeto de estudo desta disciplina. O gráfico da função está representado na Figura 19. c q 100 75 50 25 20 6040 8010 100 150 250 3002000 Figura 19 – Custos unitários para a produção de um produto. Fonte: Murolo e Bonetto (2012). Pode-se observar que o custo (c) unitário desse produto nunca é inferior a 50 reais. Quanto maior o valor de (q) na função ( ) 240 50,c q q = + mais próximo de zero será o número da parcela 240 . q Dessa forma, a soma 240 50 q + resulta em um número próximo de 50. A função representada pela Figura 19 é limitada inferiormente. Para dar continuidade ao estudo de funções, vamos à próxima unidade. Bons estudos! www.esab.edu.br 49 8 Função linear – parte I Objetivo Compreender situações-problema envolvendo função linear e conceituar função linear, coeficiente angular e coeficiente linear. Agora que vimos uma introdução das funções podemos dar início a esta unidade destacando características de funções lineares por meio de um exemplo-problema. Exemplo 1 Por meio de uma pesquisa, foram coletados os dados que constam na Tabela 2, que mostra o custo, em reais, para a produção de pares de calçados em função da quantidade produzida. Tabela 2 – Custo da produção de pares de calçados. Quantidade (q) 0 5 10 20 50 100 Custo (C) 200 300140120110100 10+ 10+ 20+ 60+ 100+ 5+ 5+ 10+ 30+ 50+ Fonte: Elaborada pelos autores (2013). Observe que, quando há um aumento de 5 unidades produzidas, o custo aumenta em 10 reais; quando o aumento é de 10 unidades produzidas, o custo aumenta em 20 reais; para o aumento de 30 unidades, o custo aumenta em 60 reais; e para o aumento de 50 unidades produzidas, o custo aumenta em 100 reais. www.esab.edu.br 50 Esses valores indicam que a variável dependente (C) e a independente (q) variam proporcionalmente, ou seja, 2 1 2 1 10 20 60 100 2 5 10 30 50 C CC q q q -D = = = = = = D - Em que DC significa a variação do custo, Dq a variação da quantidade, C2 e C1 são dois custos quaisquer da Tabela 2 e q2 e q1 são as quantidades correspondentes à C2 e C1 da Tabela 2 de modo que C2 > C1 e q2 > q1. Segundo Murolo e Bonetto (2012), essa proporcionalidade caracteriza uma função do primeiro grau. Ela significa que a cada unidade produzida temos um acréscimo de 2 reais no custo. Além disso, C q D D é chamada de taxa de variação média do custo em relação à quantidade de calçados. Essa medida indica o quanto a função custo está crescendo de acordo com as unidades produzidas. Observe ainda que quando não há produção de calçados (q = 0), tem- se um custo fixo de 100 reais que se deve aos impostos, despesas com funcionários, instalações, entre outros. De forma geral, a função custo é uma soma do custo fixo (Cf ) e do custo variável (Cv), C = Cv + Cf. Nesse exemplo, considerando que o Cf = 100 e Cv = 2q. Onde q representa a quantidade de calçados. Assim, a função custo é: C (q) = 2q + 100 www.esab.edu.br 51 Essa função representa uma função linear, cujo gráfico é uma reta (Figura 20). C q 100 200 140 20 50 ( ) 2 100C q q= + 60C =Variação em 30q =Variação em Figura 20 – Função custo. Fonte: Murolo e Bonetto (2012). Caracterização geral de uma função linear Segundo Murolo e Bonetto (2012), chama-se função linear toda função do tipo y = f (x) = mx + b em que m e b são números reais e m ≠ 0. Chamamos de coeficiente angular o valor m que representa o crescimento ou decrescimento da função. O coeficiente angular é a razão entre a variação da variável dependente com relação à variável independente. y m x D = D Se o valor de m for positivo, a função é crescente, e se for negativo, a função é decrescente. No exemplo anterior, como m = 2 a função é crescente, como observado na Figura 20. www.esab.edu.br 52 Temos ainda o coeficiente linear, representado na função por b. Esse valor nos mostra onde o gráfico corta o eixo y, ou seja, o valor de y quando x = 0. y = f (0) = m . 0 + b y = b No exemplo anterior, em que a função foi dada por C (q) = 2q + 100, o coeficiente linear é b = 100. Em seu gráfico (Figura 20), você observa que ele intercepta o eixo y, representado pela variável C, em 100. Exemplo 2: Uma pesquisa de mercado revelou a variação do preço unitário (y) de um martelo emrelação à quantidade demandada. As informações estão dispostas na Tabela 3. Tabela 3 – Variação do preço unitário de martelos. Unidades (x) 0 10 20 30 40 50 Preço unitário (y) 100 80 60 40 20 0 Fonte: Elaborada pelos autores (2013). Observa-se que ocorre uma queda no preço do martelo conforme a demanda cresce. Além disso, a taxa de variação média do preço unitário em relação à quantidade demandada é constante, uma vez que se pegarmos qualquer intervalo Dy e o intervalo correspondente Dx o resultado será o mesmo. Por exemplo, pegando y2 = 80 e y1 = 100 teremos x2 = 10 e x1 = 0. 2 1 2 1 80 100 20 2. 10 0 10 y y y m x x x D - - - = = = = = - D - - Poderíamos pegar também outro intervalo: y2 = 20 e y1 = 80 o que corresponde a x2 = 40 e x1 = 10. Desta forma teremos: 2 1 2 1 20 80 60 2. 40 10 30 y y y m x x x D - - - = = = = = - D - - www.esab.edu.br 53 Percebemos também que a taxa de variação obtida, chamada de coeficiente angular, é negativa. Isso significa que a função é decrescente e o coeficiente linear (b) é igual a 100, pois, segundo a Tabela 3, quando não há demanda, o preço máximo do martelo é 100 reais. Assim, obtemos a função linear do preço: y = -2x + 100 O gráfico da função é representado na Figura 21. y x 100 50 40 40 5030 30 10 10 20 20 60 90 80 110 70 0 Figura 21 – Preço unitário do martelo de acordo com a demanda. Fonte: Elaborada pelos autores (2013). É possível observar que o domínio da função é dado pelo conjunto de valores [0, 50] e que a imagem é o conjunto [0, 100]. Finalizamos mais uma unidade. Siga adiante! Tarefa dissertativa Caro estudante, convidamos você a acessar o Ambiente Virtual de Aprendizagem e realizar a tarefa dissertativa. www.esab.edu.br 54 9 Função linear – parte II Objetivo Apresentar gráfico, domínio e imagem de função linear e interpretar o gráfico a partir de problemas propostos. Para dar seguimento aos estudos, vamos iniciar esta unidade trazendo novas características das funções lineares. Dada uma função linear f (x) = mx + b, seu gráfico será sempre uma reta. Essa reta pode ser crescente (quando m > 0) ou decrescente (quando m < 0) Nos exemplos da unidade 8, vimos esses dois casos. Você sabe ainda que por dois pontos dados passa uma única reta. Portanto, para construirmos o gráfico de uma função linear é preciso de, pelo menos, dois pontos. Exemplo 1 Construa o gráfico e apresente o domínio e a imagem das funções. a. f (x) = 2x ‒ 1 Solução: Para construirmos o gráfico da função linear f (x) = 2x ‒ 1 é interessante construir uma tabela de valores, em que sejam atribuídos valores quaisquer para a variável x para calcularmos o valor da variável y associada. www.esab.edu.br 55 Tabela 4 – Tabela de valores. x y = f (x) (x, y) 0 y = 2⋅0 -1 = -1 (0, -1) 1 2 12 1 0 2 y = ⋅ - = 1 ,0 2 Fonte: Elaborada pelos autores (2013). Agora basta localizar os pontos ( ) 10, 1 e ,0 2 - no plano cartesiano e traçar a reta. y x 431 2 4 3 1 2 0 1− 1− 2− 2− 3− 3− 4− Figura 22 – Gráfico da função f (x) = 2x ‒ 1. Fonte: Elaborada pelos autores (2013). www.esab.edu.br 56 Para sua reflexão Como vimos na unidade 8, o coeficiente angular de uma função linear é dado por .ym x D = D Pelos valores encontrados na tabela, 1 1 2 2.ym x D = = = D Esse é exatamente o valor que podemos observar na função f (x) = 2x ‒ 1 dada no problema? A resposta a essa reflexão forma parte de sua aprendizagem e é individual, não precisando ser comunicada ou enviada aos tutores. Observe que o coeficiente angular (m = 2) é positivo e, portanto, a reta é crescente. Além disso, o coeficiente linear (b = ‒1) representa o ponto onde a reta corta o eixo y, como você observa na Figura 22. O domínio da função f (x) = 2x ‒ 1 são todos os valores que a variável independente x pode assumir. Já a imagem da função são todos os valores que a variável dependente y pode assumir. Neste caso, o domínio e a imagem são o conjunto dos números reais. b. f (x) = ‒ x + 3 Solução: Você deve construir uma tabela de valores para que seja possível localizar pelo menos dois pontos no plano cartesiano e então traçar o gráfico da função. www.esab.edu.br 57 Tabela 5 – Tabela de valores. x y = f (x) (x, y) 0 y = ‒0 +3 = 3 (0, 3) 3 y = ‒3 + 3 = 0 (3, 0) Fonte: Elaborada pelos autores (2013). Basta localizar os pontos (0, 3) e (3, 0) no plano cartesiano e construir a reta. y x 431 2 4 3 1 2 0 1− 1− 2− 2− 3− 3− 4− Figura 23 – Gráfico da função f (x) = ‒x + 3. Fonte: Elaborada pelos autores (2013). Observe que o coeficiente angular (m = ‒1) é negativo e isso faz com que a reta seja decrescente. O coeficiente linear (b = 3) representa o ponto onde a função corta o eixo y. O domínio e a imagem da função f (x) = ‒x + 3 é o conjunto dos números reais. www.esab.edu.br 58 Para sua reflexão O domínio e a imagem de uma função linear sempre será o conjunto dos números reais. A exceção ocorre quando a função linear está inserida no contexto de um problema, por exemplo, quando a variável x representa os meses do ano (não tem sentido falarmos de meses negativos) ou quando uma das variáveis representa uma quantidade que necessariamente deve ser maior ou igual a zero. Neste caso, restringimos o domínio e/ou a imagem de acordo com a situação-problema, você concorda? A resposta a essa reflexão forma parte de sua aprendizagem e é individual, não precisando ser comunicada ou enviada aos tutores. Exemplo 2 Um operário tem seu salário dado por um valor fixo mais uma parte variável que é diretamente proporcional ao número de horas extras trabalhadas. A função que representa o salário em função das horas extras é y = 20x + 600, em que a variável y representa o salário e a variável y representa o número de horas extras. Faça o gráfico da função encontrada e identifique o domínio e a imagem. Solução: Neste caso é preciso fazer uma tabela de valores. Tabela 6 – Tabela de valores. x y (x, y) 0 y = 20 . 0 + 600 = 600 (0 , 600) ‒30 y = 20 . (‒30) + 600 = 0 (‒30, 0) Fonte: Elaborada pelos autores (2013). www.esab.edu.br 59 Como a variável x representa o número de horas extras trabalhadas, não tem sentido termos valores de x negativo. Portanto, utilizamos uma linha tracejada para representar o gráfico para esses valores ou simplesmente não a fazemos, conforme a Figura 24. 40 6020 1500 500 1000 0 60− 40− 20− 500− Figura 24 – Gráfico da função y = 20x + 600. Fonte: Elaborada pelos autores (2013). Você pode observar que quanto mais horas extras o operário trabalhar, maior será seu salário. Podemos comparar essa informação com o coeficiente angular da função, m = 20, que é positivo e indica uma função crescente. Na tabela de valores observa-se que o valor mínimo que o operário pode receber de salário, caso não faça nenhuma hora extra (x = 0), é 600 reais. Logo, o domínio da função é o conjunto [0, +∞[ e a imagem é o conjunto [600, +∞[. Agora que vimos como se comportam as funções lineares, vamos seguir para a próxima unidade, na qual veremos diversas aplicações desse tipo de função. Atividade Chegou a hora de você testar seus conhecimentos em relação às unidades 1 a 9. Para isso, dirija-se ao Ambiente Virtual de Aprendizagem (AVA) e responda às questões. Além de revisar o conteúdo, você estará se preparando para a prova. Bom trabalho! www.esab.edu.br 60 10 Aplicações de função linear Objetivo Apresentar situações-problema envolvendo funções lineares, ponto de encontro entre duas retas. Esta unidade apresenta problemas das áreas econômicas envolvendo principalmente o conceito de função linear, mas também conteúdos vistos nas unidades anteriores. Estas situações-problema servem como base para o estudo de outras funções. Além disso, é importante, a partir de agora, ter em mente alguns conceitos específicos do curso de Administração para resolver problemas sobre funções lineares. Os exemplos a serem citadosirão abordar os seguintes conceitos específicos (SILVA; ABRÃO, 2008): Receita ou Receita Total: é a soma total de suas vendas e recebimentos. Pode-se dizer, a grosso modo, que a receita é o dinheiro que entra no caixa. Custo fixo: são aqueles que dependem da quantidade vendida ou produzida pela empresa. Como exemplo, o aluguel é um custo fixo. Custo variável: são aqueles que variam de acordo com a quantidade produzida ou vendida. A matéria-prima é um exemplo, pois, se não houver produção ou venda, não haverá consumo de matéria-prima. Custo total: é a soma dos custos fixos com os custos variáveis. Lucro: é a diferença entre a receita e o custo total, isto é, L = R ‒ C. www.esab.edu.br 61 Ponto de equilíbrio: ocorre quando o lucro é nulo, ou seja, a receita é igual ao custo. Margem de contribuição unitária (MCU): é o “lucro” que cada unidade de produto nos proporciona. Por exemplo, se um produto é vendido a R$ 8,00 e ele tem um custo unitário de fabricação de R$ 3,50, a MCU desse produto é R$ 4,50. Não confunda MCU com Lucro! Para obtermos lucro, ainda é preciso descontar os custos fixos de produção. Outro conceito muito utilizado por administradores é o ponto de equilíbrio. Ele nos diz a quantidade necessária a serem vendidas para começarmos a obter lucro. Em outras palavras, interessa-nos saber quanto devemos vender, no mínimo, para não obtermos prejuízo. Portanto, o ponto de equilíbrio ocorre quando o lucro é nulo (L = 0). No entanto, se L = R ‒ C, podemos fazer: 0 = R ‒ C R = C Existem duas maneiras de pensar no ponto de equilíbrio: 1. L = 0 2. R = C Procuraremos relacionar esses conceitos presentes em situações-problema de Administração na resolução de problemas de funções lineares. Exemplo 1 A Suspiro Gelado é uma fábrica de picolés que usa um sistema de aluguel de carrinhos para colocar seus produtos no mercado. Ela aluga cada carrinho de picolé por R$ 21 por dia. A pessoa que aluga o carrinho recebe-o abastecido com 80 picolés, pelos quais deverá pagar R$ 0,80 de www.esab.edu.br 62 cada um que vender, devolvendo à sorveteria os que restarem. O preço de venda do picolé é de R$ 1,50 (SILVA; ABRÃO, 2008). Pergunta-se: a. Qual a receita total da pessoa se vender em um dia apenas 10 picolés? Solução: A receita total (R) representa o dinheiro que entrou no caixa. Como cada picolé custa R$ 1,50, a receita total após a venda de 10 picolés será: R = 1,50 . 10 = 15 reais b. Qual a receita total da pessoa se ela vender em um dia 100 picolés? Solução: A receita total após a venda de 100 picolés, sendo que cada um deles custa R$ 1,50, será: R = 1,50 . 100 = 150 reais c. Qual a função que pode representar a receita total da pessoa para um número qualquer de picolés vendidos? Solução: Considere que a variável x representa o número de picolés vendidos e, ainda, que cada picolé custa R$ 1,50. Então, a função da receita total torna-se: R = 1,50 . x d. Qual o custo fixo diário para a pessoa que aluga o carrinho? Solução: Segundo o enunciado do problema, a pessoa que aluga o carrinho de picolés deve pagar R$ 21 por dia. e. Qual o custo variável (CV) para a pessoa que aluga o carrinho? Solução: O custo variável é aquele que depende da quantidade vendida, ou seja, ele só vai existir se os picolés forem vendidos. Para a pessoa que aluga o carrinho o custo variável é de R$ 0,80 por picolé, pois é o valor que ele terá que pagar para a fábrica. f. Qual o custo variável para a pessoa se vender 10 picolés? www.esab.edu.br 63 Solução: Como cada picolé tem um custo variável de R$ 0,80. Se a pessoa vender 10 picolés, o custo variável será: CV = valor de cada picolé × quantidade de picolés CV = 0,80 . 10 = 8 reais É interessante perceber que o custo variável de determinada mercadoria será o produto do valor pela quantidade da mercadoria. g. Qual o custo variável para a pessoa se vender 100 picolés? Solução: Como cada picolé tem um custo variável de R$ 0,80, se a pessoa vender 100 picolés, o custo variável será: CV = 0,80 . 100 = 80 reais h. Qual expressão pode representar o custo variável para um número qualquer de picolés vendidos? Solução: Considerando que o número de picolés vendidos é representado pela variável x, o custo variável para qualquer número de picolés vendidos é representado pela função: CV = 0,80 . x i. Qual expressão pode representar o custo total (CT) para a pessoa para um número qualquer de picolés vendidos? Solução: O custo total é a soma do custo variável com o custo fixo. Considerando as respostas obtidas nas letras “d” e “h”, o custo total é representado pela função CT = CV + CF , em que CV = 0,80x. Assim: CT = 0,80 . x + 21 j. Qual a margem de contribuição unitária? Solução: A margem de contribuição unitária (MCU) é a diferença entre a receita e o custo variável. Ela representa o quanto sobra para o vendedor de picolé a cada picolé vendido. Como a receita ao vender um www.esab.edu.br 64 único picolé é de R$ 1,50 e o custo variável é R$ 0,80, a margem de contribuição unitária será: MCU = 1,50 ‒ 0,80 = 0,70 k. Qual a expressão que pode representar a margem de contribuição em função do número de picolés vendidos? Solução: Considerando que o número de picolés é representado pela variável x, a margem de contribuição em função do número de picolés vendidos será: MC = 0,70 . x Ou seja, o produto do valor do MCU unitário de cada picolé, multiplicado pela quantidade de picolés, nos dará a margem de contribuição total de determinada quantidade de picolés. Perceba que aqui não calculamos a margem de contribuição unitária. l. Qual o lucro (L) da pessoa se vender 100 picolés num dia? Solução: O lucro é a margem de contribuição por unidade vendida menos o custo fixo, ou seja, L = 0,70 . x ‒ 21 Na venda de 100 picolés, o lucro será de R$ 49, veja: L = 0,70 . 100 ‒ 21 L = 49 m. Qual o ponto de equilíbrio diário em número de picolés vendidos? Solução: O ponto de equilíbrio ocorre quando a receita é igual ao custo total. www.esab.edu.br 65 R = CT 1.50 . x = 0,80 . x + 21 0,7 . x = 21 x = 30 O ponto de equilíbrio físico é x = 30. n. Esboce num mesmo plano cartesiano os gráficos da receita, custo total e lucro em função do número de picolés vendidos. Solução: Para construir o gráfico das funções citadas, é preciso fazer uma tabela de valores para cada uma delas. Tabela 7 – Tabela de valores: receita. x R = 1,50 . x (x, R) 0 R = 1,50 . 0 = 0 (0, 0) 30 R = 1,50 . 30 = 45 (30, 45) Fonte: Elaborada pelos autores (2013). Tabela 8 – Tabela de valores: custo total. x CT = 0,80 ⋅ x + 21 (x, CT) 0 CT = 0,80 ⋅ 0 + 21 = 21 (0, 21) 30 CT = 0,80 ⋅ 30 + 21 = 45 (30, 45) Fonte: Elaborada pelos autores (2013). Tabela 9 – Tabela de valores: lucro bruto. x LB = 0,70 . x ‒ 21 (x, LB) 0 LB = 0,70 . 0 ‒ 21 = ‒ 21 (0, ‒21) 30 LB = 0,70 . 30 ‒ 21 = 0 (30, 0) Fonte: Elaborada pelos autores (2013). www.esab.edu.br 66 Observe que o ponto de equilíbrio físico é o ponto de encontro do gráfico da função receita e da função custo fixo. Além disso, quando x = 30, o lucro (L) é zero. y x LB R CT 40 40 20 20 30 30 10 10 0 40− 30− 30− 20− 20− 10− 10− Figura 25 – Gráfico das funções receita, custo total e lucro bruto. Fonte: Elaborada pelos autores (2013). o. Quantos picolés a pessoa terá que vender para lucrar R$ 100 por dia? Solução: A função que representa o lucro é L = 0,70 . x ‒21. Para que o lucro seja R$ 100 por dia, devemos substituir esse valor no lugar da variável L para encontrar o número de picolés a serem vendidos. 0,70 21 100 0,70 21 121 0,70 121 172,85 0,70 L x x x x = ⋅ - = ⋅ - = ⋅ = = www.esab.edu.br 67 Será preciso vender 172,85 picolés, ou melhor, 173 picolés, pois não é possível vender frações de picolés. p. Se a pessoa fizer uma promoção por sua própria conta, do tipo pague 2 leve 3, imaginando que todas as vendas aconteçam na promoção, qual o novo ponto de equilíbrio? Solução: Se cada picolé custa R$ 1,50 e as pessoas pagariam 2 e comprariam3, a receita a cada venda seria de R$ 3,00. Dessa forma, seria como se cada picolé custasse R$ 1,00. Como o ponto de equilíbrio é a igualdade R = CT, em que R = 1,00 . x e CT = 0,8 . x + 21, temos: 1,00 0,8 21 0,20 21 21 105 0,2 R CT x x x x = ⋅ = ⋅ + ⋅ = = = Portanto, será preciso vender 105 picolés ou 35 promoções para ocorrer o ponto de equilíbrio, isto é, para começar a ganhar lucro. q. Na modalidade de venda do item anterior, quantas promoções terá que vender para lucrar o mesmo valor obtido na situação da letra “l”? Solução: O lucro obtido na letra “l” foi de R$ 49. O lucro é a margem de contribuição por unidade vendida menos o custo fixo. Como a margem de contribuição por unidade vendida mudou para MCU = 1,00 ‒ 0,8 = 0,2, o lucro será: L = 0,2 . x ‒ 21 Como se espera obter um lucro de R$ 49, esse valor é substituído na equação para encontrar a variável x, que representa o número de picolés. 49 0,2 21 70 0,2 70 350 0,2 x x x = ⋅ - = ⋅ = = www.esab.edu.br 68 Será preciso vender 350 picolés ou 116,66 promoções para obter um lucro de R$ 49. r. Supondo que, em média, o vendedor vendesse 60 picolés por dia a R$ 0,80 cada, o que aconteceria com seu resultado se fizesse uma promoção baixando o preço para R$ 0,70 e a venda aumentasse para 70 picolés em média. Justifique. Solução: Se fossem vendidos 60 picolés por R$ 0,80, a receita seria R = 0,80 . 60 = 48 reais. Caso fossem vendidos 70 picolés por R$ 0,70, a receita aumentaria para R = 0,70 . 70 = 49 reais. Neste caso, seria melhor vender 70 picolés por R$ 0,70. Com esse exemplo, encerramos mais uma unidade. Esperamos que essas aplicações de funções possam ter lhe auxiliado a melhor compreendê-las. www.esab.edu.br 69 11 Equação da reta Objetivo Apresentar a equação da reta a partir de dois pontos conhecidos. Com o estudo de funções feito até o momento, seguiremos estudando a equação da reta. Em muitas situações, conhecemos alguns valores, mas não temos a função que representa o problema. Como toda função linear tem como gráfico uma reta, para encontrar a equação da reta bastam dois pontos. Esses dois pontos, muitas vezes, são informações oferecidas pelo problema. Vamos ver um exemplo. Exemplo 1 Uma casa de eventos promove festas com ingressos no valor de R$ 10,00 e atinge uma lotação de 200 pessoas. Quando o valor do ingresso passa para R$ 15,00, a lotação é de 150 pessoas. Veja que os valores R$ 10,00 e 200 (pessoas) estão associados, assim como R$ 15,00 e 150 (pessoas). Podemos representar esses valores por meio de pares ordenados (10, 200) e (15, 150), representando pontos do plano cartesiano. Para obter a equação da reta, utiliza-se a seguinte equação: 0 0 1 0 1 0 y y x x y y x x - - = - - www.esab.edu.br 70 Em que: 0x 0y 10 200 1x 1y 15 150 Sabendo o valor das variáveis x0, y0, x1, y1, substituímos na equação: ( ) ( ) 200 10 150 200 15 10 5 200 50 10 5 1000 50 500 5 50 1500 50 1500 5 10 300 y x y x y x y x xy y x - - = - - - = - - - = - + = - + - + = = - + Note que o coeficiente angular (m = ‒10) é negativo, portanto a reta é decrescente. Esta reta associa a demanda em relação ao preço e mostra que, à medida que o preço aumenta, a demanda cai. y x 400200 200 300 300 100 100 0 400− 300− 300− 200− 200− 100− 100− Figura 26 – Gráfico da função y = ‒10x + 300. Fonte: Elaborada pelos autores (2013). www.esab.edu.br 71 Exemplo 2 Considerando a mesma situação-problema anterior, encontre a equação da demanda com os pontos: a. (1, 122) e (10, 95) Considere os pontos de acordo com as tabelas. 0x 0y 1 122 1x 1y 10 95 Substituindo os valores na equação da reta obtemos: ( ) ( ) 0 0 1 0 1 0 122 1 95 122 10 1 9 122 27 1 9 1098 27 27 9 27 1125 27 1125 9 3 125 é a equação da reta. y y x x y y x x y x y x y x y x xy y x - - = - - - - = - - - = - - - = - + = - + - + = = - + b. (9, 1075) e (40, 300) Considere os pontos de acordo com as tabelas. 0x 0y 9 1075 1x 1y 40 300 Substituindo os valores na equação da reta obtemos: www.esab.edu.br 72 ( ) ( ) 0 0 1 0 1 0 1075 9 300 1075 40 9 31 1075 775 9 31 33325 775 6975 31 775 40300 775 40300 31 25 1300 é a equação da reta. y y x x y y x x y x y x y x y x xy y x - - = - - - - = - - - = - - - = - + = - + - + = = - + As funções lineares também se aplicam a problemas de juros simples, ou seja, quando a taxa de juros incide apenas sobre o capital inicial. Considere as seguintes variáveis: • J: juros • P: capital inicial • i: taxa de juros • n: período de aplicação • M: montante (juros + capital inicial) Os juros e o montante podem ser obtidos pelas equações: Juros Montante J = P ⋅ i ⋅ n M = J + P Considerando uma quantia de R$ 2.000,00 aplicada a uma taxa de juros simples de 5% ao mês durante certo período, a função que representa os juros e o montante em função dos meses será: Juros Montante J = P ⋅ i ⋅ n J = 2000 ⋅ 0,05 ⋅ n J = 100n M = J + P M = 100n + 2000 www.esab.edu.br 73 Para sua reflexão A taxa de juros i pode ser representada em porcentagem ou na forma decimal. Observe que 55% 0,05. 100 = = Desta forma podemos dizer que calcular o juros e o montante é preciso escrever a taxa de juros na forma decimal? Por que? A resposta a essa reflexão forma parte de sua aprendizagem e é individual, não precisando ser comunicada ou enviada aos tutores. Note que o coeficiente angular das duas funções é o mesmo e é positivo: m = 100 e cresce na mesma proporção. O gráfico das funções juros e montante estão representados na Figura 27. n JM 2000 Figura 27 – Gráfico das funções juros e montante. Fonte: Elaborada pelos autores (2013). www.esab.edu.br 74 O gráfico do montante é obtido fazendo-se uma translação de 2000 unidades em relação ao gráfico dos juros. Esse valor representa o capital inicial. Dessa forma, encerramos a unidade 11 e podemos seguir para a próxima, onde veremos diversos exercícios sobre função linear. www.esab.edu.br 75 12 Exercícios sobre função linear Objetivo Propor exercícios sobre função linear. Esta unidade será composta apenas por exercícios resolvidos sobre função linear. Exercício 1 Em um posto de combustível, o preço do álcool é de R$ 2,30 por litro. a. Determine uma expressão que relacione o valor pago (V) em função da quantidade de litros (q) abastecidos por um consumidor. Intuitivamente podemos pensar que o valor pago será o produto do preço pela quantidade. Solução: A função que relaciona o valor pago com a quantidade de litros será: V = 2,30 . q b. Supondo que o tanque de combustível de um carro comporte 50 litros, esboce o gráfico da função obtida no item anterior. Solução: Como o tanque do carro tem um limite de 50 litros, o valor máximo que a variável q pode atingir é 50. Para construir o gráfico é importante fazer a tabela de valores: www.esab.edu.br 76 Tabela 10 – Tabela de valores. q V = 2,30 . q (q, V) 0 V = 2,30 . 0 = 0 (0, 0) 50 V = 2,30 . 50 = 115 (50, 115) Fonte: Elaborada pelos autores (2013). Essa tabela indica características relevantes sobre o problema: • Se a quantidade de litros fosse zero (q = 0), não haveria valor a ser pago; • O máximo que o consumidor pode pagar para encher o tanque do seu carro é R$ 115,00. Isso ocorre quando ele coloca a quantidade máxima de litros que seu tanque comporta (q = 50). Então, o gráfico da função V = 2,30.q será: x y 100 50 40 30 10 20 60 90 80 110 120 70 0 50403010 20 60 8070 Figura 28 – Gráfico da função V = 2,30 . q. Fonte: Elaborada pelos autores (2013). www.esab.edu.br 77 Exercício 2 Um produto, quando comercializado, apresenta as funções custo (C) e receita (R) dadas, respectivamente, por C = 3q + 90 e R = 5q, onde q é a quantidade comercializada que se supõe ser a mesma para custo e receita (MUROLO; BONETTO, 2012). a. Encontre o ponto de equilíbrio em quantidade vendida. Solução: O ponto de equilíbrio ocorre quando C = R. Dessa forma: C = R 3q + 90 = 5q 90 = 2q q = 45
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