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1 Introdução Em economia ou administração muitas vezes se faz necessário relacionar duas variáveis como, por exemplo, quantidade e preço. As funções são ferramentas muito importantes que nos auxiliam a descrever tais relações. 1. Funções Considere a seguinte situação: Uma companhia de exportação espera obter durante um ano um lucro de, no mínimo, 5 milhões de dólares. Se a cada mês o lucro é de 700 mil dólares, complete a planilha para descrever o processo e determine o mês em que a empresa atingiu sua meta. Tempo em meses Lucro em milhões 1 0,7 2 1,4 3 2,1 4 5 6 7 8 9 10 11 12 A ferramenta matemática que nos permite modelar o problema e atribuir a ele uma lei matemática para expressar a relação que existe entre o tempo e o lucro obtido recebe o nome de função. O conjunto de valores que atribuímos ao tempo recebe o nome de domínio da função, enquanto o tempo é denominado variável independente. O conjunto de valores que encontramos para o lucro é chamado conjunto imagem da função e o lucro é denominado valor da função ou variável dependente. De maneira mais geral e formal podemos considerar a seguinte definição: Considerando a situação anterior podemos representar a função da seguinte forma: f : ℝ+ → ℝ+ y = f(x) = 0,7x O símbolo f determina o “nome” da função e o símbolo ℝ+ (conjunto dos números reais não negativos) antes da seta representa o domínio da função, conjunto no qual devemos considerar os valores de x. Já o ℝ+ Uma função f é uma lei (ou uma regra) que associa a cada elemento x do domínio (D(f)) exatamente um elemento do conjunto contradomínio (CD(f)), tal elemento é representado por f(x) e denominado imagem de x pela função f. 2 após a seta indica o contradomínio da função, formado por todos os elementos que podem pertencer ao conjunto imagem da função. Quando completamos a segunda coluna da tabela (representada pelo lucro) estamos determinando a imagem de cada um dos valores do domínio que estão representados na primeira coluna (que no caso específico do exemplo é considerado como o tempo transcorrido). Assim, podemos calcular e preencher as linhas da tabela da seguinte forma: Tempo em meses Lucro em milhões 1 f (1) = 0,7.1 = 0,7 2 f (2) = 0,7.2 = 1,4 3 f (3) = 0,7.3 = 2,1 4 f (4) = 0,7.4 = 2,8 5 f (5) = 0,7.5 = 3,5 6 f (6) = 0,7.6 = 4,2 7 f (7) = 0,7.7 = 4,9 8 f (8) = 0,7.8 = 5,6 9 f (9) = 0,7.9 = 6,3 10 f (10) = 0,7.10 = 7,0 11 f (11) = 0,7.11= 7,7 12 f (12) = 0,7.12 = 8,4 E, com base nos resultados obtidos, podemos concluir que a meta de lucro será alcançada, e até ultrapassada, no oitavo mês. A tabela também pode ser útil na hora de representarmos o problema na forma de um gráfico. O gráfico de uma função descreve geometricamente a função, utilizando um sistema de eixos coordenados xy. Observe que a cada valor de x do domínio estamos relacionando um valor y = f (x) da imagem. O conjunto de todos os pares ordenados (pontos) da forma (x,f(x)) forma uma curva no plano cartesiano, denominada gráfico da função f. Voltando ao problema inicial podemos considerar os seguintes pontos para a representação da reta: Vamos escolher os pontos formados pelo mês 1, que chamaremos de ponto A(1;0,7) e o ponto formado pelo mês 7, que será o ponto B(7;4,9). Esta escolha é aleatória, poderíamos ter escolhido quaisquer outros pontos da tabela. Unimos os dois pontos e obtemos uma reta. Observe que, se na tabela tivéssemos considerado a possibilidade de mês zero, teríamos o ponto O(0,0) , de acordo com a lei da função. Por este motivo fazemos a reta partindo da origem. Observe ainda que estamos considerando apenas valores positivos, assim o gráfico está no primeiro quadrante. 3 Vamos agora apresentar alguns exemplos de situações que envolvem funções. Exemplo 1: A variação do preço de um determinado produto no ano de 2011 pode ser determinada pela seguinte lei P(t)=0,75t+5,59, onde t representa os meses do ano sendo que t=1 é o mês de janeiro e P(t) o preço do produto no mês t. Construa uma tabela com os valores mês a mês para mostrar a variação do preço. Marque os valores encontrados em um gráfico cartesiano para representar a situação. Resolução: Mês(t) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Preço(R$) 6,34 7,09 7,84 8,59 9,34 10,09 10,84 11,59 12,34 13,09 13,84 14,59 Novamente vamos escolher dois pontos aleatórios da tabela, ponto A(2;7,09) e ponto B(10;13,09). Unimos os pontos com a reta. Neste exemplo, se escolhermos t=0 teremos como resultado o preço P=5,59. Assim, a reta vai partir do ponto (0;5,59) marcado no eixo vertical. Novamente o gráfico ficará representado apenas no primeiro quadrante pois, todos os valores, do tempo e do preço, são positivos. 4 Neste exemplo, você pode observar na tabela e também no gráfico, que conforme o valor de t aumenta o preço também aumenta. Este tipo de variação caracteriza uma função crescente. 2. Função Afim Considere o problema apresentado no exemplo anterior. A tabela que construímos para servir de apoio na construção do gráfico apresenta os valores correspondentes ao tempo transcorrido na primeira linha (em meses) e o preço na segunda. Observe que a tabela apresenta uma variação proporcional. Este tipo de variação caracteriza as funções polinomiais de primeiro grau, também denominadas de FUNÇÕES AFIM. A lei da função é dada por P(t)=0,75t+5,59, onde a = 0,75 é a taxa de variação e pode ser determinada pela razão preço/tempo. Este valor determina o acréscimo no preço correspondente ao acréscimo de uma unidade no tempo. De forma geral, a função f: ℝ→ℝ definida pela lei baxxf +=)( , onde a e b são dois números reais quaisquer com a≠0 é denominada função afim. A representação cartesiana desta função é uma linha reta. O valor de a é denominado coeficiente angular da reta e representa a tangente trigonométrica do ângulo que a reta forma com o sentido positivo do eixo dos x, medido no sentido anti-horário, enquanto que o valor de b é o coeficiente linear da reta, sendo a ordenada do ponto em que a ela corta o eixo dos y. Quando sabemos que a reta passa pelos pontos )y,x( 11 e )y,x( 22 podemos determinar o coeficiente angular da reta pela expressão 12 12 xx yya − − = , podemos ainda determinar o valor de b, coeficiente linear, que é a ordenada do ponto onde a reta corta o eixo y, e conseguimos obtemos a equação reduzida da reta baxy += . Como já foi dito antes, para determinarmos uma reta basta dois pontos. No caso da função afim os pontos importantes na determinação do gráfico são os cortes nos eixos x e y (ou os interceptos). Dada a equação reduzida da reta baxy += já sabemos que b é o intercepto do eixo y e, o intercepto do eixo x é obtido quando consideramos x = 0. Assim, temos: a bxbaxbax −=⇒−=⇒=+ 0 . A equação da reta ainda permite analisar se a função é crescente ou decrescente. Observe que se o coeficiente angular da reta for positivo a função cresce, isto é, o gráfico cartesiano é inclinado para a direita, enquanto que se o coeficiente angular for negativo a função decresce, isto é, o gráfico cartesiano é inclinado para a esquerda. Tais situações são ilustradas nos exemplos que seguem: 5 Exemplo 2: Construir os gráficos das funções abaixo. a) 12 += xy , a = 2 > 0 A função é crescente. Observe onde o gráfico corta os eixos! b) 12 +−= xy , a = - 2 < 0 A função é decrescente. Observe onde o gráfico corta os eixos! Exemplo 3: Apresente a lei da função do primeiro grau que passa pelos pontos (4,-1) e (6,-5). Resolução: Como já foi colocado anteriormente, para determinarmos o gráfico de uma reta são necessários apenas dois pontos. Considerando (6,-5) como ponto ),( 22 yx e (4,-1) como ponto ),( 11 yx e, utilizando a igualdade 12 12 xx yya − − = que determina o valor do coeficiente angular da reta, temos: 2 2 4 2 15 46 )1(5 12 12 −= − = +− = − −−− =⇒ −− = a xx yya Assim, o coeficiente angular da reta é a = - 2 e temos uma função decrescente. Para determinar o coeficiente linear utilizamos a equação reduzida da reta baxy += , um dos pontos dados no problema e o valor de a calculado anteriormente. Assim, obtemos: b b b b baxy = =+− +−=− +−=− += 7 81 81 4.21 Agora, sabendo que a = - 2 e que b = 7 temos equação reduzida da reta que passa por (4,-1) e (6,-5) que é 72 +−= xy , lembre-se que esta equação também expressa a lei da função procurada. 6 Exemplo 4: Um motorista de automóvel sabe que o custo mensal do uso de um carro depende do número de quilômetros rodados. João observou que no mês de maio ele gastou R$380,00 e percorreu 480km e, em junho, gastou R$460,00 para percorrer 680km. Considerando que o modelo linear é apropriado, expresse o custo mensal C como uma função da distância percorrida d. Use o resultado obtido para determinar o custo quando forem percorridos 2400km por mês. Resolução: O modelo linear citado no problema faz referência à equação da reta, isto significa que estamos procurando uma função afim como modelo para a situação. Neste problema é solicitado que o custo seja expresso em função da distância, ou seja, C(d), onde d é a variável independente e C a variável dependente. Note que temos dois pontos a considerar (480,380) e (680,460) e, para expressarmos a função, devemos proceder como no exemplo 3, procurando a equação da reta que passa pelos pontos dados. Assim, o coeficiente angular da reta é: 4,0 200 80 480680 380460 12 12 == − − =⇒ − − = a dd cca . Para determinar o coeficiente linear fazemos: b b b b badc = =− += += += 188 272460 272460 680.4,0460 Agora, sabendo que a =0,4 e que b = 188 temos que a lei da função custo será 1884,0)( += ddC . Para determinar o custo quando forem percorridos 2400km fazemos: 11481889601882400.4,0)2400( =+=+=C . Assim, temos que se o motorista percorrer 2400km seu custo mensal será de R$1.148,00. Lei de Oferta e Demanda A função oferta é a função que descreve o comportamento do produtor, relacionando preço e quantidade. É uma função crescente já que a predisposição para oferta de um produto pelo produtor no mercado aumenta quando o preço aumenta, em outros termos, podemos dizer que quando o preço de uma mercadoria aumenta, o produtor oferta maior quantidade dessa mercadoria. Normalmente, denota-se o preço por p e a função por S(p). A função demanda relaciona preço à quantidade vendida, expressa o comportamento do consumidor que, compra mais quando o preço do produto diminui e compra menos quando o preço desse produto aumenta. Assim podemos dizer que a função demanda é uma função decrescente. Usualmente a demanda é denotada por D(p) ou Q(p) que representa a quantidade vendida ou demandada pelo preço p. 7 Exemplo 1: A oferta de um produto no mercado é dada pela função ppS 3 13)( +−= , com o preço variando entre R$9,00 e R$30,00. Observe que p é o preço por unidade e S é a correspondente oferta de mercado. Represente a função graficamente. Resolução: Para fazermos o gráfico da função, que é uma reta, consideramos dois pontos: Primeiro fazemos 0339. 3 13)9(9 =+−=+−=⇒= Sp . Temos o ponto (9,0). Agora, fazendo 710330. 3 13)30(30 =+−=+−=⇒= Sp . Temos o ponto (30,7). Assim, temos a reta: Exemplo 2: Considere que função dada por ppD )5,0(15)( −= , onde p é o preço por unidade do produto e D(p) a quantidade demandada no mercado. Determine: a) Intervalo da variação de p, ou seja, o domínio da função; b) Intervalo de variação de D, ou seja, a imagem da função; c) Representação gráfica. Resolução: Considere inicialmente que a função demanda vista como uma função do primeiro grau deve ter domínio e imagem real, porém neste caso a função expressa uma situação real e o preço de uma mercadoria não pode ser negativo nem pode ser negativa a quantidade demandada. Para determinar o domínio (possíveis valores de p) olhamos o eixo horizontal, que neste caso representa o preço p. Observe que p<0 indica preço menor do que zero, portanto a parte do gráfico onde p é negativo não faz sentido. E, para p>30 temos como imagem (que neste caso indica a quantidade) valores negativos, o que também não condiz com a realidade. Sendo assim, concluímos que o domínio (valores do preço) deve variar no intervalo entre 0 e 30. Agora, fazendo a mesma análise para a imagem (que corresponde a quantidade demandada) vemos que para 300 ≤≤ p temos 150 ≤≤D . O que significa que enquanto o preço p está no intervalo 300 ≤≤ p a quantidade demandada está no intervalo 150 ≤≤ D . Assim, concluímos: a) Intervalo da variação de p, ou seja, o domínio da função é [0,30] 8 b) Intervalo de variação de D, ou seja, a imagem da função é [0,15] c) Representação gráfica. Ponto de Equilíbrio de Mercado Quando trabalhamos com duas funções diferentes, algumas vezes é importante determinarmos se estas funções possuem pontos em comum. Tais pontos são denominados pontos de intersecção. Dadas duas funções distintas f(x) e g(x) encontramos, se existir, o(s) ponto(s) de intersecção resolvendo a equação )()( xgxf = . Em economia estes pontos possuem nomes específicos, conforme a situação. Considerando as funções oferta e demanda, a primeira crescente e a segunda decrescente, existe um ponto comum as duas (um ponto de intersecção), este ponto é denominado ponto de equilíbrio de mercado. A coordenada x do ponto de equilíbrio corresponde ao preço de equilíbrio de mercado (PE). A coordenada y do ponto de equilíbrio é quantidade correspondente ao preço de equilíbrio é denominada quantidade de equilíbrio de mercado (QE). Exemplo 3: Considere a função de oferta do exemplo 1, ppS 3 13)( +−= , e a função de demanda do exemplo anterior, ( )ppD 5,015)( −= . Encontre o ponto de equilíbrio de mercado. Apresente o gráfico da situação. Resolução: Para encontrar o ponto de equilíbrio fazemos )()( pDpS = , resolvendo a equação encontramos o valor de p que corresponde ao preço de equilíbrio. Observe: 9 ( ) equilíbriodepreço p p p pp pp pp pp pDpS 6,21 5,2 54 54)5,2( 54)5,1(1 183)5,0( 3 13 153)5,0( 3 1 )5,0(15 3 13 )()( = = = =+ =⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ + +=+ −=+− = Substituindo esse valor na função oferta, ou na função demanda, encontramos o valor de q que corresponde a quantidade de equilíbrio. Assim, ( ) equilíbriodequantidade D D D ppD 2,4)6,21( 8,1015)6,21( )6,21)(5,0(15)6,21( 5,015)( = −= −= −= O ponto de equilíbrio é PE(21,6;4,2). O gráfico é: Exemplo 4: Dada a equação da demanda 2D+3P- 60 = 0 com demanda (D) e preço (P), e a equação da oferta (S) definida por S-P-5=0, determine: a) A lei da demanda em função do preço. b) A lei da oferta em função do preço. c) Encontre o ponto de equilíbrio de mercado. d) Construa o gráfico da oferta e da demanda em um mesmo sistema de eixos, apresentando o ponto de equilíbrio. 10 Resolução: (a) Para determinar a função demanda vamos escrever a demanda em função do preço P. Assim, temos: 30 2 3 2 60 2 3 2 603 6032 06032 +−= +−= +− = +−= =−+ PD PD PD PD PD (b) Para determinar a função oferta vamos escrever a oferta em função do preço P. Assim, temos: 5 05 += =−− PS PS (c) O preço de equilíbrio é encontrado quando fazemos oferta igual a demanda, assim temos: 10 505 5032 252 2 322 25 2 3 530 2 3 30 2 35 = = =+ =+ =+ −=+ +−=+ P P PP .P.P. PP PP PP Obtemos como resultado P=10 (que é o preço de equilíbrio) Substituímos agora o valor encontrado para o preço de equilíbrio na função oferta ou na demanda para encontrarmos a quantidade de equilíbrio! 15 5105 = +=⇒+= S SPS Ou ainda, substituindo na demanda temos: 153015 30 2 30 3010 2 330 2 3 =+−= +−= +−=⇒+−= D D .DPD O ponto de equilíbrio é PE(10,15). (d) Gráfico 11 Consumo e poupança O consumo(C) e a poupança (S) são funções que dependem da renda y de uma pessoa ou de uma população. As funções que modelam situações de consumo e poupança, geralmente, são funções crescentes, pois, parte-se do pressuposto de que aumentando a renda aumentamos o consumo e também a poupança. Podemos dizer que a renda y será a soma do que é consumido com o que é poupado, ou seja, )()( ySyCy += . Exemplo 5: Um vendedor de uma loja de eletrodomésticos recebe um salário variável, que depende das vendas que são feitas no mês. Suponhamos que seu consumo esteja relacionado com a renda de acordo com a função 1206,0)( += yyC . Apresente o que se pede em cada item. a) Qual o consumo quando a renda é nula? Qual seu significado? b) Apresente a poupança em função da renda y. c) Qual será o consumo e a poupança quando a renda for de R$1.400,00? Resolução: Para responder ao item (a) vamos considerar que y=0 e substituir na função consumo. Então 1201200.6,0)0( =+=C assim, quando a renda é nula o consumo é de R$120,00. Isso significa que independente da renda o vendedor tem um consumo fixo de R$120,00. Para apresentar a poupança em função da renda (item (b)) vamos observar que )()( ySyCy += , ou seja, )()( yCyyS −= . Sendo assim, temos que: 1204,0)( 1206,0)( )1206,0()( )()( −= −−= +−= −= yyS yyyS yyyS yCyyS 12 A poupança em função da renda é definida pela lei 1204,0)( −= yyS . Para determinarmos o consumo e a poupança para uma renda de R$ 1.400,00 (item c) substituímos y por 1400 nas duas equações, assim: Consumo: 960)1400( 120840)1400( 1201400.6,0)1400( 1206,0)( = += += += C C C yyC Poupança: 440)1400( 120560)1400( 1201400.4,0)1400( 1204,0)( = −= −= −= S S S yyS Observe que devemos ter 1400440960)()( =+=+= ySyCy .
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