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AD2-Parte 2 – 2022-1 Gabarito Pré-Cálculo Página 1 de 9 DISCIPLINA PRÉ-CÁLCULO 2022-1 Profa. Maria Lúcia Campos Profa. Marlene Dieguez Parte 2 da Segunda Avaliação a Distância (AD2-Parte 2) GABARITO IMPORTANTE!!! Em todas as questões não serão consideradas as respostas se não estiverem acompanhadas dos cálculos ou das justificativas para encontrar as respostas. Cálculos, justificativas e respostas devem ser MANUSCRITOS. Questões digitadas receberão ZERO. Os gráficos devem ser feitos à mão, não será aceito gráfico feito com aplicativo ou com programa computacional. Questão 1 [2,0 pontos]: Considere 𝑓(𝑥) = − 𝜋 3 + arccos ( 𝑥2−3 −2𝑥 ). (a) Qual é o domínio de 𝑓? Justifique as suas respostas. Mostre as contas que justificam essas respostas. (b) Qual é a imagem de 𝑓? Justifique as suas respostas. Mostre as contas que justificam essas respostas. (c) Resolva: 𝑓(𝑥) = − 𝜋 3 + arccos ( 1 −2𝑥 ) = 0 . Ao resolver essa equação, você está encontrando os pontos onde o gráfico da função 𝑦 = 𝑓(𝑥) corta o eixo 𝑥 . RESOLUÇÃO: (a) Domínio de 𝑦 = 𝑓(𝑥) = − 𝜋 3 + arccos ( 𝑥2−3 −2𝑥 ). Como 𝑦 = arccos(𝑧 ) está definida para 𝑧 ∈ ℝ , −1 ≤ 𝑧 ≤ 1 , então uma restrição para o domínio da função 𝑓 é −1 ≤ 𝑥2−3 −2𝑥 ≤ 1. Uma segunda restrição é −2𝑥 ≠ 0, pois o denominador da fração 𝑥2−3 −2𝑥 não pode se anular. Logo, as restrições para o domínio da função são: −1 ≤ 𝑥2−3 −2𝑥 ≤ 1 e − 2𝑥 ≠ 0 . Resolvendo as restrições: ▪ −2𝑥 ≠ 0. Sabemos que −2𝑥 = 0 ⟺ 𝑥 = 0 . Logo, −2𝑥 ≠ 0 ⟺ 𝑥 ≠ 0 . Primeira restrição 𝑥 ≠ 0 . ▪ −1 ≤ 𝑥2−3 −2𝑥 ≤ 1 AD2-Parte 2 – 2022-1 Gabarito Pré-Cálculo Página 2 de 9 Como multiplicar as inequações por −2𝑥 requer um grande cuidado, pois devemos supor 𝑥 < 0 e 𝑥 > 0, vamos de imediato resolver separadamente as inequações −1 ≤ 𝑥2−3 −2𝑥 e 𝑥2−3 −2𝑥 ≤ 1 ❖ Resolvendo a inequação −1 ≤ 𝑥2−3 −2𝑥 : −1 ≤ 𝑥2−3 −2𝑥 ⟺ 𝑥2−3 −2𝑥 + 1 ≥ 0 ⟺ 𝑥2−3−2𝑥 −2𝑥 ≥ 0 ⟺ 𝑥2−2𝑥−3 −2𝑥 ≥ 0 𝑓𝑎𝑡𝑜𝑟𝑎𝑛𝑑𝑜 𝑜 𝑡𝑟𝑖𝑛ô𝑚𝑖𝑜 𝑦=𝑥2−2𝑥−3 ⇔ (𝑥−3)(𝑥+1) −2𝑥 ≥ 0 . Fazendo uma tabela de sinais para a expressão (𝑥−3)(𝑥+1) −2𝑥 : Analisando os sinais de: • 𝑥 − 3 = 0 ⟺ 𝑥 = 3 ; 𝑥 − 3 > 0 ⟺ 𝑥 > 3 ; 𝑥 − 3 < 0 ⟺ 𝑥 < 3 . • 𝑥 + 1 = 0 ⟺ 𝑥 = −1 ; 𝑥 + 1 > 0 ⟺ 𝑥 > −1 ; 𝑥 + 1 < 0 ⟺ 𝑥 < −1 . • −2𝑥 = 0 ⟺ 𝑥 = 0 ; −2𝑥 > 0 ⟺ 𝑥 < 0 ; −2𝑥 < 0 ⟺ 𝑥 > 0 Logo, −1 ≤ 𝑥2−3 −2𝑥 ⟺ (𝑥−3)(𝑥+1) −2𝑥 ≥ 0 ⟺ 𝑥 ∈ (−∞,−1) ∪ (0,3) . ❖ Resolvendo a inequação 𝑥2−3 −2𝑥 ≤ 1 : 𝑥2−3 −2𝑥 ≤ 1 ⟺ 𝑥2−3 −2𝑥 − 1 ≤ 0 ⟺ 𝑥2−3+2𝑥 −2𝑥 ≤ 0 ⟺ 𝑥2+2𝑥−3 −2𝑥 ≤ 0 𝑓𝑎𝑡𝑜𝑟𝑎𝑛𝑑𝑜 𝑜 𝑡𝑟𝑖𝑛ô𝑚𝑖𝑜 𝑦=𝑥2+2𝑥−3 ⇔ (𝑥+3)(𝑥−1) −2𝑥 ≤ 0 . Fazendo uma tabela de sinais para a expressão (𝑥+3)(𝑥−1) −2𝑥 : Analisando os sinais de: • 𝑥 + 3 = 0 ⟺ 𝑥 = −3 ; 𝑥 + 3 > 0 ⟺ 𝑥 > −3 ; 𝑥 + 3 < 0 ⟺ 𝑥 < −3 . • 𝑥 − 1 = 0 ⟺ 𝑥 = 1 ; 𝑥 − 1 > 0 ⟺ 𝑥 > 1 ; 𝑥 − 1 < 0 ⟺ 𝑥 < 1 . • −2𝑥 = 0 ⟺ 𝑥 = 0 ; −2𝑥 > 0 ⟺ 𝑥 < 0 ; −2𝑥 < 0 ⟺ 𝑥 > 0 (−∞,−1) −1 (−1,0) 0 (0,3) 3 (3, +∞) 𝑥 − 3 − − − − − 0 + 𝑥 + 1 − 0 + + + + + −2𝑥 + + + 0 − − − (𝑥 − 3)(𝑥 + 1) −2𝑥 + 0 − nd + 0 − (−∞,−3) −3 (−3,0) 0 (0,1) 1 (1, +∞) 𝑥 + 3 − 0 + + + + + 𝑥 − 1 − − − − − 0 + −2𝑥 + + + 0 − − − (𝑥 + 3)(𝑥 − 1) −2𝑥 + 0 − nd + 0 − AD2-Parte 2 – 2022-1 Gabarito Pré-Cálculo Página 3 de 9 Logo, 𝑥2−3 −2𝑥 ≤ 1 ⟺ (𝑥+3)(𝑥−1) −2𝑥 ≤ 0 ⟺ 𝑥 ∈ (−3,0) ∪ (1, +∞) . Portanto, 𝐷𝑜𝑚(𝑓) = [(−3,0) ∪ (1, +∞) ] ∩ [ (−∞,−1) ∪ (0,3)] = (−3 , −1) ∪ (1 , 3) ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ (b) Imagem de 𝑦 = 𝑓(𝑥) A imagem da função arco cosseno é o intervalo [0, 𝜋], ou seja, 0 ≤ arccos ( 𝑥2−3 −2𝑥 ) ≤ 𝜋. Portanto, 0 ≤ arccos ( 𝑥2 − 3 −2𝑥 ) ≤ 𝜋 ⟺ 0 − 𝜋 3 ≤ − 𝜋 3 + arccos ( 𝑥2 − 3 −2𝑥 ) ≤ 𝜋 − 𝜋 3 ⟺ − 𝜋 3 ≤ − 𝜋 3 + arccos ( 𝑥2−3 −2𝑥 ) ≤ 2𝜋 3 ⟺ − 𝜋 3 ≤ 𝑓(𝑥) ≤ 2𝜋 3 . E assim, 𝐼𝑚(𝑓) = [− 𝜋 3 , 2𝜋 3 ] ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ (c) CASO 1: Resolvendo: 𝑓(𝑥) = − 𝜋 3 + arccos ( 1 −2𝑥 ) = 0 . − 𝜋 3 + arccos ( 1 −2𝑥 ) = 0 ⟺ arccos ( 1 −2𝑥 ) = 𝜋 3 , 𝜋 3 ∈ [0 , 𝜋] , intervalo de inversão da função cosseno. Temos que, arccos ( 1 −2𝑥 ) = 𝜋 3 ⟺ 1 −2𝑥 = cos ( 𝜋 3 ) ⟺ 1 −2𝑥 = 1 2 ⟺ 2 = −2𝑥 ⟺ 𝑥 = −1 ATENÇÃO: Será aceita a resolução do aluno, caso ele tenha entendido que era para resolver esse item com a função do cabeçalho, 𝑓(𝑥) = − 𝜋 3 + arccos ( 𝑥2−3 −2𝑥 ). Segue a resolução desse caso. AD2-Parte 2 – 2022-1 Gabarito Pré-Cálculo Página 4 de 9 CASO 2: Resolvendo: 𝑓(𝑥) = − 𝜋 3 + arccos ( 𝑥2−3 −2𝑥 ) = 0 . − 𝜋 3 + arccos ( 𝑥2−3 −2𝑥 ) = 0 ⟺ arccos ( 𝑥2−3 −2𝑥 ) = 𝜋 3 , 𝜋 3 ∈ [0 , 𝜋] , intervalo de inversão da função cosseno. Temos que, arccos ( 𝑥2−3 −2𝑥 ) = 𝜋 3 ⟺ 𝑥2−3 −2𝑥 = cos ( 𝜋 3 ) ⟺ 𝑥2−3 −2𝑥 = 1 2 ⟺ 𝑥2 − 3 = −𝑥 ⟺ 𝑥2 + 𝑥 − 3 = 0 ⟺ 𝑥 = −1 ± √12 − 4 ∙ 1 ∙ (−3) 2 ∙ 1 = −1 ± √13 2 ⟺ 𝑥 = −1 − √13 2 𝑜𝑢 𝑥 = −1+√13 2 . _____________________________________________________________________________________ Questão 2 [1,0 ponto] Se 𝑥 = arctan (− 1 3 ) , calcule sec 𝑥 , sen 𝑥 , sen(2𝑥). Mostre as contas que justificam essas respostas. RESOLUÇÃO: Se 𝑥 = arctan (− 1 3 ), então tan(𝑥) = − 1 3 e 𝑥 ∈ (− 𝜋 2 , 0), ou seja, 𝑥 é um ângulo do 4º quadrante. Da identidade 1 + tan2(𝑥) = sec2(𝑥) , segue que sec2(𝑥) = 1 + (− 1 3 ) 2 = 1 + 1 9 = 10 9 . Logo sec(𝑥) = ±√ 10 9 = ± √10 3 . Como 𝑥 é um ângulo do 4º quadrante, temos que cos(𝑥) > 0 e sec(𝑥) > 0 , logo, 𝐬𝐞𝐜(𝒙) = √𝟏𝟎 𝟑 . Como sec(𝑥) = 1 cos(𝑥) , segue que cos(𝑥) = 1 sec(𝑥) ., e portanto, cos(𝑥) = 1 √𝟏𝟎 𝟑 = 3 √10 . Da identidade fundamental sen2(𝑥) + cos2(𝑥) = 1, segue que sen2(𝑥) + ( 3 √10 ) 2 = 1. Assim, sen2(𝑥) = 1 − 9 10 = 1 10 . Logo, sen(𝑥) = ±√ 1 10 . Como 𝑥 é um ângulo do 4º quadrante, temos que sen(𝑥) < 0 , e assim, 𝐬𝐞𝐧(𝒙) = −√ 𝟏 𝟏𝟎 . Da identidade sen(2𝑥) = 2sen(𝑥) cos(𝑥) , segue que, sen(2𝑥) = 2 ∙ (− 𝟏 √10 ) ∙ 3 √10 = − 6 10 Portanto, sec(𝑥) = √𝟏𝟎 𝟑 , sen(𝑥) = − 1 √10 , sen(2𝑥) = − 6 10 = − 3 5 _____________________________________________________________________________________ Questão 3 [1,2 ponto]: AD2-Parte 2 – 2022-1 Gabarito Pré-Cálculo Página 5 de 9 Considere a função 𝑓(𝑥) = ln (3 − √|𝑥 − 2| − 1 ) e o seu gráfico dado abaixo. (a) Determine o domínio da função 𝑓 . Determine a abscissa dos pontos de interseção do seu gráfico com o eixo 𝒙. Determine a ordenada do ponto de interseção do seu gráfico com o eixo 𝒚. Responda quais são os valores das constantes 𝑎 , 𝑏 , 𝑐 , 𝑑 , 𝑟 , 𝑚 , 𝑛 marcadas no gráfico. (b) Essa função 𝑓 é PAR? ÍMPAR? Nem PAR e nem ÍMPAR? Justifique sua resposta baseando-se nas duas condições para umafunção ser par ou ser ímpar. (c) Resolva em ℝ a inequação 𝑓(𝑥) ≥ − ln(2). Responda na forma de intervalo ou união de intervalos disjuntos (intervalos que não têm pontos em comum). RESOLUÇÃO: (a) Para que a função 𝑓(𝑥) = ln (3 − √|𝑥 − 2| − 1 ) possa ser calculada é preciso que: • 3 − √|𝑥 − 2| − 1 > 0 , pois a função logaritmo só está definida para valores positivos. • |𝑥 − 2| − 1 ≥ 0, para que o radicando |𝑥 − 2| − 1 seja positivo ou nulo. Resolvendo as restrições: • 3 − √|𝑥 − 2| − 1 > 0 ⟺ √|𝑥 − 2| − 1 < 3 𝑒𝑙𝑒𝑣𝑎𝑛𝑑𝑜 𝑎𝑜 𝑞𝑢𝑎𝑑𝑟𝑎𝑑𝑜, 𝑝𝑜𝑖𝑠 𝑎𝑚𝑏𝑜𝑠 𝑜𝑠 𝑙𝑎𝑑𝑜𝑠 𝑠ã𝑜 𝑝𝑜𝑠𝑖𝑡𝑖𝑣𝑜𝑠 ⇔ |𝑥 − 2| − 1 < 9 ⟺ |𝑥 − 2| < 10 ⟺ −10 < 𝑥 − 2 < 10 ⟺ −10 + 2 < 𝑥 − 2 + 2 < 10 + 2 ⟺ −8 < 𝑥 < 12 . • |𝑥 − 2| − 1 ≥ 0 ⟺ |𝑥 − 2| ≥ 1 ⟺ 𝑥 − 2 ≤ −1 ou 𝑥 − 2 ≥ 1 ⟺ 𝑥 ≤ 1 ou 𝑥 ≥ 3 Portanto, devemos ter: ( −8 < 𝑥 < 12 ) e (𝑥 ≤ 1 ou 𝑥 ≥ 3 ) ⟺ −8 < 𝑥 ≤ 1 𝑜𝑢 3 ≤ 𝑥 < 12 . Logo, 𝐷𝑜𝑚(𝑓) = (−8 , 1] ∪ [3 , 12) . AD2-Parte 2 – 2022-1 Gabarito Pré-Cálculo Página 6 de 9 Do domínio de 𝑓, concluímos os valores das constantes 𝑏 , 𝑐 , 𝑚 e 𝑛 apresentadas no gráfico: 𝑏 = 1 , 𝑐 = 3 , 𝑚 = −8 , 𝑛 = 12 . Interseção com o eixo 𝒙: Fazendo 𝑦 = 0 em 𝑦 = 𝑓(𝑥) = ln (3 −√|𝑥 − 2|− 1 ) temos: ln (3 − √|𝑥 − 2| − 1 ) = 0 ⟺ 3 − √|𝑥 − 2| − 1 = 1 ⟺ √|𝑥 − 2| − 1 = 2 𝑒𝑙𝑒𝑣𝑎𝑛𝑑𝑜 𝑎𝑜 𝑞𝑢𝑎𝑑𝑟𝑎𝑑𝑜, 𝑝𝑜𝑖𝑠 𝑎𝑚𝑏𝑜𝑠 𝑜𝑠 𝑙𝑎𝑑𝑜𝑠 𝑠ã𝑜 𝑝𝑜𝑠𝑖𝑡𝑖𝑣𝑜𝑠 ⇔ |𝑥 − 2| − 1 = 4 ⟺ |𝑥 − 2| = 5 ⟺ 𝑥 − 2 = −5 ou 𝑥 − 2 = 5 ⟺ 𝑥 = −3 ou 𝑥 = 7 . Portanto o gráfico da função 𝑓 corta o eixo 𝑥 nos pontos de abscissas 𝑥 = −3 e 𝑥 = 7. Concluímos que 𝑎 = −3 e 𝑑 = 7 Interseção com o eixo 𝒚: Fazendo 𝑥 = 0 em 𝑦 = 𝑓(𝑥) = ln (3 −√|𝑥 − 2|− 1 ) temos: 𝑦 = 𝑓(0) = ln (3 −√|0 − 2|− 1 ) = ln (3 −√|−2|− 1 ) = ln(3 − 1 ) = ln (2). Portanto o gráfico da função 𝑓 corta o eixo 𝑦 no ponto de ordenada 𝑦 = ln(2). Concluímos que 𝑟 = ln (2). ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- (b) Uma das condições para que uma função seja PAR ou ÍMPAR é que o domínio da função seja simétrico com relação a origem da reta numérica, mas 𝐷𝑜𝑚(𝑓) = (−8 , 1] ∪ [3 , 12) , que não é um conjunto simétrico com relação a origem da reta numérica. Logo, a função 𝑓 não é PAR e nem ÍMPAR. Podemos também observar que o gráfico da função 𝑓 não é simétrico com relação ao eixo y , uma característica de uma função par e também não é simétrico com relação à origem, uma característica de uma função ímpar. Uma outra forma de justificar que a função 𝑓(𝑥) = ln (3 − √|𝑥 − 2| − 1 ) não é PAR e nem ÍMPAR é calculando 𝑓(−𝑥) e observando que 𝑓(−𝑥) ≠ 𝑓(𝑥) e que 𝑓(−𝑥) ≠ −𝑓(𝑥). Calculando: AD2-Parte 2 – 2022-1 Gabarito Pré-Cálculo Página 7 de 9 𝑓(−𝑥) = ln (3 − √|−𝑥 − 2| − 1 ) = ln (3 − √|−(𝑥 + 2)| − 1 ) = ln (3 − √|𝑥 + 2| − 1 ) ≠ 𝑓(𝑥) = ln (3 − √|𝑥 − 2| − 1 ) E, 𝑓(−𝑥) = ln (3 − √|𝑥 + 2| − 1 ) ≠ −𝑓(𝑥) = − ln (3 − √|𝑥 − 2| − 1 ) . ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- (c) Resolvendo em ℝ a inequação 𝑓(𝑥) = ln (3 − √|𝑥 − 2| − 1 ) ≥ − ln(2). ln (3 − √|𝑥 − 2| − 1 ) ≥ − ln(2) ln(𝑥𝑟)=𝑟𝑙𝑛(𝑥) ⇔ ln (3 − √|𝑥 − 2| − 1 ) ≥ ln(2−1) y=ln(𝑥) é 𝑢𝑚𝑎 𝑓𝑢𝑛çã𝑜 𝑐𝑟𝑒𝑠𝑐𝑒𝑛𝑡𝑒 ⇔ 3 − √|𝑥 − 2| − 1 ≥ 2−1 ⟺ √|𝑥 − 2| − 1 ≤ 3 − 2−1 ⟺ √|𝑥 − 2| − 1 ≤ 5 2 ⟺ (√|𝑥 − 2| − 1 ) 2 ≤ ( 5 2 ) 2 ⟺ |𝑥 − 2| − 1 ≤ ( 5 2 ) 2 ⟺ |𝑥 − 2| ≤ 1 + 25 4 ⟺ |𝑥 − 2| ≤ 29 4 ⟺ − 29 4 ≤ 𝑥 − 2 ≤ 29 4 ⟺ − 29 4 + 2 ≤ 𝑥 − 2 + 2 ≤ 29 4 + 2 ⟺ − 21 4 ≤ 𝑥 ≤ 37 4 A solução 𝑆 , da inequação 𝑓(𝑥) = ln (3 − √|𝑥 − 2| − 1 ) ≥ − ln(2) é o conjunto: 𝑆 = [− 21 4 , 37 4 ] = [−5.25 , 9.25]. _____________________________________________________________________________________ AD2-Parte 2 – 2022-1 Gabarito Pré-Cálculo Página 8 de 9 Questão 4 [0,8 ponto]: Considere a função ℎ ∶ [ −2,+∞) ⟶ [1 , +∞) onde 𝐷𝑜𝑚(ℎ) = [ −2,+∞) , 𝐼𝑚(ℎ) = [1, +∞), ℎ(𝑥) = 𝑒 √ 1 2 𝑥+1 e ℎ é crescente em [ −2,+∞). (a) A função ℎ é inversível. Justifique! Essa justificativa pode ser baseada no gráfico da função. Determine o domínio, a imagem e a expressão da função inversa ℎ−1 . (b) Esboce em um mesmo par de eixos os gráficos das funções ℎ , ℎ−1 e da reta 𝑦 = 𝑥 . Que relação podemos observar entre os gráficos das funções ℎ , ℎ−1 e da reta 𝑦 = 𝑥 ? RESOLUÇÃO (a) A função ℎ é inversível pois é uma função crescente no seu domínio. Também, observando o gráfico da função ℎ , vemos que o seu gráfico atende ao Teste da Reta Horizontal: toda reta horizontal corta o gráfico da função ℎ no máximo uma vez. Temos que, 𝐷𝑜𝑚(ℎ−1) = 𝐼𝑚(ℎ) = [1, +∞) e 𝐼𝑚(ℎ−1) = 𝐷𝑜𝑚(ℎ) = [ −2,+∞) Para encontrar a expressão da inversa ℎ−1 da função ℎ(𝑥) = 𝑒 √ 1 2 𝑥+1 , vamos resolver a equação 𝑦 = 𝑒 √ 1 2 𝑥+1 para obter 𝑥 em termos de 𝑦. 𝑦 = 𝑒 √1 2 𝑥+1 ⟺ ln(𝑦) = ln (𝑒 √1 2 𝑥+1 ) ⟺ ln(𝑦) = (√ 1 2 𝑥 + 1) ln(𝑒) ln(e)=1 ⇔ ln(𝑦) = √ 1 2 𝑥 + 1 ⟺ (ln(𝑦))2 = (√ 1 2 𝑥 + 1) 2 ⟺ ln2(𝑦) = 1 2 𝑥 + 1 ⟺ 1 2 𝑥 = −1 + ln2(𝑦) ⟺ 𝑥 = −2 + 2 ln2(𝑦) Trocando 𝑥 por 𝑦 temos: 𝑦 = −2 + 2 ln2(𝑥) . Portanto, ℎ−1 ∶ [1, +∞) ⟶ [ −2, +∞) onde 𝐷𝑜𝑚(ℎ−1) = [1,+∞) , 𝐼𝑚(ℎ−1) = [ −2,+∞) e ℎ−1(𝑥) = −2 + 2 ln2(𝑥). ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ (b) Os gráficos das funções ℎ e ℎ−1 são simétricos com relação a reta 𝑦 = 𝑥 . AD2-Parte 2 – 2022-1 Gabarito Pré-Cálculo Página 9 de 9