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Universidade Aberta ISCED Faculdade de Ciências de Educação Curso de Licenciatura em Ensino de Matemática Exploração das técnicas para resolver problemas envolvendo equações, funções e inequações de natureza quadrática, exponencial e logarítmica Edson Bernardo Guichine: 41221108 Inhambane, Março de 2024 2 Universidade Aberta ISCED Faculdade de Ciências de Educação Curso de Licenciatura em Ensino de Matemática Exploração das técnicas para resolver problemas envolvendo equações, funções e inequações de natureza quadrática, exponencial e logarítmica Trabalho de Campo a ser submetido na coordenação do curso de Licenciatura em Ensino de Matemática da UnISCED Tutor: Prof. Dr. Paulo Dinis Edson Bernardo Guichine: 41221108 Inhambane, Março de 2024 Índice Capítulo 1 ......................................................................................................................... 4 1. Introdução ................................................................................................................. 4 1.1. Objectivos .............................................................................................................. 4 1.1.1. Objectivo geral ................................................................................................ 4 1.1.2. Objectivos específicos ..................................................................................... 4 1.2. Metodologias ...................................................................................................... 5 Capítulo 2 ......................................................................................................................... 6 2. Técnicas de resolução de equações quadráticas, exponenciais e logarítmicas ......... 6 2.1. Equações quadráticas ......................................................................................... 6 2.1.1.Usando a fórmula de Bhaskara II ................................................................. 6 2.1.2. Soma e producto .......................................................................................... 6 2.2. Equações exponencias e logarítmicas ................................................................ 7 2.2.1. Equação exponencial ................................................................................... 7 2.2.2. Equação logarítmica .................................................................................... 7 3. Funções quadráticas, logarítmicas e exponenciais.................................................... 8 3.1. Função quadrática .............................................................................................. 8 3.2. Função exponencial ............................................................................................ 8 3.3. Função logarítmica ............................................................................................. 9 4. Inequações quadráticas, exponenciais e logarítmicas ............................................... 9 4.1. Inequações quadráticas ....................................................................................... 9 4.2. Inequações exponenciais e logarítmicas ............................................................ 9 Capítulo 3 ....................................................................................................................... 10 5. Conclusão ................................................................................................................ 10 6. Referências bibliográficas ....................................................................................... 11 4 Capítulo 1 1. Introdução O domínio das equações, funções e inequações quadráticas, exponenciais e logarítmicas é fundamental em diversos campos da matemática e das ciências aplicadas. Estas expressões matemáticas desempenham um papel crucial na modelagem e resolução de uma ampla gama de fenômenos naturais e fenómenos complexos em várias disciplinas. Ao longo deste trabalho, abordaremos casos específicos, estudos de caso e aplicações práticas que demonstram a utilidade e a versatilidade das técnicas exploradas. Por meio dessa investigação, buscamos não apenas aprimorar o entendimento desses conceitos, mas também incentivar a aplicação criativa e inovadora dessas ferramentas matemáticas na resolução de problemas do mundo real. 1.1. Objectivos 1.1.1. Objectivo geral • Falar sobre as equações, inequações e funções quadráticas, exponenciais e logarítmicas 1.1.2. Objectivos específicos • Mencionar os procedimentos de resolução de equações quadráticas, exponenciais e logarítmicas; • Descrever a formação de gráficos de funções quadráticas, exponenciais e logarítmicas; • Explicar a resolução de inequações 5 1.2. Metodologias Este estudo baseou-se em uma abordagem metodológica que integra pesquisa online por meio de websites e a consulta de livros disponíveis na internet. A seguir, descrevo os passos seguidos para conduzir a pesquisa: • Identificação de Fontes Online Inicialmente, foram identificados websites confiáveis e relevantes relacionados aos tópicos específicos abordados no trabalho, tais como equações quadráticas, exponenciais, logarítmicas, funções matemáticas e inequações. • Exploração de Websites Educacionais Utilizou-se uma abordagem de pesquisa em motores de busca para localizar websites educacionais, plataformas acadêmicas e recursos online reconhecidos. Esses sites proporcionaram informações teóricas, exemplos práticos e abordagens contemporâneas para os temas em questão. 6 Capítulo 2 2. Técnicas de resolução de equações quadráticas, exponenciais e logarítmicas 2.1. Equações quadráticas Uma equação quadrática é aquela representada pela forma canónica 𝑎𝑥2 + 𝑏𝑥 + 𝑐 = 0, onde (𝑎, 𝑏, 𝑐) ∈ ℝ 𝑒 𝑎 ≠ 0. (LUIZ, s.d.) Para resolver uma equação quadrática ou do 2º grau podemos recorrer a vários métodos ou técnicas. 2.1.1.Usando a fórmula de Bhaskara II A fórmula de Bhaskara é definida como sendo um método para a determinação das raízes de uma equação do 2º grau. (SILVA, s.d.) 𝑥 = −𝑏 ± √𝑏2 − 4𝑎𝑐 2𝑎 Exemplo: determine as raízes da equação: 𝑥2 + 4𝑥 + 3 = 0 a =1; b = 4 e c = 3 𝑥 = −4 ± √42 − 4.1.3 2.1 𝑥 = −4 ± 2 2 𝑥 = −3 𝑜𝑢 𝑥 = −1 A solução da equação é x = -3 e x = -1 2.1.2. Soma e producto O método se soma e produto também é usado para determinar as raízes de uma equação quadrática usando as Relações de Girard. Numa equação quadrática: a soma das raízes é igual ao simétrico da razão entre os coeficientes b e a (𝑥1 + 𝑥2 = − 𝑏 𝑎 ) e o produto é igual a razão ente os coeficientes c e a (𝑥1. 𝑥2 = 𝑐 𝑎 ). (FERRETTO, 2020) Exemplo: determine as raízes da equação 𝑥2 + 4𝑥 + 3 = 0 a =1; b = 4 e c = 3 𝑥1 + 𝑥2 = − 4 1 ; 𝑥1 + 𝑥2 = −4 𝑥1. 𝑥2 = 3 1 ; 𝑥1. 𝑥2 = 3 -3 +(-1) = -4 e (-1)*(-3) = 3, logo a solução da equação é x = -3 e x = -1 7 2.2. Equações exponencias e logarítmicas 2.2.1. Equação exponencial Equação exponencia é aquela cuja incógnita é um expoente, e representa-se pela forma 𝑎𝑥 = 𝑏, 𝑠𝑒𝑛𝑑𝑜 𝑎 𝑒 𝑏 𝑛ú𝑚𝑒𝑟𝑜𝑠 𝑟𝑒𝑎𝑖𝑠, 𝑐𝑜𝑚 𝑎 > 0; 𝑎 ≠ 1; 𝑏 ≠ 0 𝑒 𝑥 é 𝑜 𝑒𝑥𝑝𝑜𝑒𝑛𝑡𝑒. (ASTH, s.d.) Exemplo: 2𝑥 = 16 Para resolver uma equação exponencial primeiro devemos igualar as bases e consideramos que duas potências de bases iguais são iguais quando possuem o mesmo expoente. (ASTH, s.d.) Exemplo: determina a solução das seguintes equações: Caso 1 2𝑥 = 4 2𝑥 = 22 𝑥 = 2 Solução: x = 2 Caso 2 2𝑥 = 4 + 2𝑥+1 2𝑥 = 22 + 2𝑥 ∗ 2 Se 2𝑥 = 𝑎 𝑎 = 4 + 2𝑎 𝑎 = 4 2𝑥 = 𝑎 2𝑥 = 4 2𝑥 = 22 x = 2 2.2.2. Equação logarítmica As equações logarítmicas são que apresentam termos comlogaritmos, em que a variável pode aparecer no logaritmando, base ou como o próprio valor do logaritmo. (UFMG, 2020). Exemplos: log2 𝑥 = 4, log2(3𝑥 + 3) = log2(2𝑥 − 1) Para resolver uma equação logarítmicas consideraremos 2 situações gerais: Situação 1 log𝑏 𝑥 = 𝑦, 𝑜𝑛𝑑𝑒 𝑥 = 𝑏𝑦 Exemplo: Determina a solução da equação: log2 𝑥 = 4 log2 𝑥 = 4 𝑥 = 24 𝑥 = 16 Situação 2 log𝑏 𝑥 = log𝑏 𝑦, 𝑜𝑛𝑑𝑒 𝑥 = 𝑦 Exemplo: Determina a solução da equação: log2(3𝑥 + 3) = log2(2𝑥 − 1) log2(3𝑥 + 3) = log2(2𝑥 − 1) 3𝑥 + 3 = 2𝑥 − 1 𝑥 = −4 8 3. Funções quadráticas, logarítmicas e exponenciais 3.1. Função quadrática Uma função do 2o grau também conhecida como função quadrática é aquela cujo polinómio é de dois graus e é determinado pela lei de formação 𝑓(𝑥) = 𝑎𝑥2 + 𝑏𝑥 + 𝑐, sendo a, b e c números reais e a diferente de zero. Cujo domínio é todo conjunto de números reais. (OLIVEIRA, s.d.). O gráfico de uma função quadrática é uma parábola, podendo ser virada para cima quando o valor de ‘a’ é positivo ou para baixo quando negativo. Exemplo: 𝑓(𝑥) = 𝑥2 3.2. Função exponencial ‘’Função Exponencial é aquela que a variável está no expoente e cuja base é sempre maior que zero e diferente de um.’’ (GOUVEIA, s.d.). O gráfico de uma função exponencial é uma hipérbole e apresenta uma imagem sempre positiva pois a base é sempre positiva. (GOUVEIA, s.d.). Exemplo: 𝑓(𝑥) = 2𝑥 0 1 2 3 4 5 -4 -2 0 2 4 y 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 -3 -2 -1 0 1 2 3 y 9 3.3. Função logarítmica A função logarítmica é uma função com lei de formação 𝑓(𝑥) = log𝑏 𝑥 em que o domínio são os números reais positivos e o contradomínio números reais. (OLIVEIRA R. , s.d.). O gráfico de uma função logarítmica é uma hipérbole, podendo ser crescente ou decrescente dependendo do valor da base. (OLIVEIRA R. , s.d.). Exemplo: 𝑓(𝑥) = log2 𝑥 4. Inequações quadráticas, exponenciais e logarítmicas 4.1. Inequações quadráticas As inequações quadráticas diferem-se das equações quadráticas apenas pelo sinal de desigualdade. Os procedimentos de resolução são semelhantes, porém nas inequações é sempre necessário analisar o sinal. (RIBEIRO, s.d.) Exemplo: 𝑥2 > 0 Usando do gráfico da função quadrática exemplificada nas páginas anteriores 𝑓(𝑥) = 𝑥2 a solução da inequação seria a parte que se encontra por cima do eixo dos ‘x’ pois é a parte maior que zero, ou seja, 𝑥 ∈ ℝ\(0) 4.2. Inequações exponenciais e logarítmicas Na resolução de uma inequação exponencial, deve-se igualar as bases nos dois membros, em seguida, forma-se uma inequação com os expoentes. Obedecendo as seguintes condições: a > 1, mantém-se o sinal original; 0 < a < 1, inverte-se o sinal. Exemplo: 2𝑥 > 4 2𝑥 > 22 𝑥 > 2 -3 -2 -1 0 1 2 3 0 1 2 3 4 5 y 10 Capítulo 3 5. Conclusão Ao longo deste estudo, mergulhamos nas intricadas técnicas de resolução de equações quadráticas, exponenciais e logarítmicas. Iniciamos nossa jornada explorando as equações quadráticas, apresentando métodos como a fórmula de Bhaskara e o intrigante método de soma e produto. A incursão nas equações exponenciais revelou a necessidade de equalizar bases e explorar as nuances dos expoentes. Os logaritmos também entraram em cena, exigindo uma abordagem cuidadosa para desvendar soluções coerentes. Adentrando o terreno das funções matemáticas, delineamos as características distintas das funções quadráticas, exponenciais e logarítmicas. Parábolas ganharam vida no universo das funções quadráticas, enquanto as exponenciais e logarítmicas desfilaram com gráficos peculiares, revelando a relação entre base, expoente e logaritmo. Para encerrar, enfrentamos o desafio das inequações, reconhecendo suas semelhanças com as equações, mas enfatizando a importância da análise dos sinais. Esse conhecimento, agora solidificado, não apenas desbloqueia portas para a resolução precisa de inequações, mas também enriquece nossa capacidade de abordar problemas práticos em diversas esferas. Neste universo matemático, a compreensão profunda desses conceitos não apenas desvela a elegância intrínseca da disciplina, mas também capacita os aprendizes a navegar por desafios matemáticos com confiança e destreza. 11 6. Referências bibliográficas ASTH, R. (s.d.). EQUAÇÃO EXPONENCIAL. Obtido em 6 de Março de 2024, de Toda Matéria: https://www.todamateria.com.br/equacao-exponencial/ FERRETTO. (10 de Abril de 2020). MÉTODO DA SOMA E PRODUTO. Obtido em 6 de Março de 2024, de Blog Professor Ferretto: https://blog.professorferretto.com.br/equacao-do-2-grau-e-o-metodo-da-soma-e- produto/ GOUVEIA, R. (s.d.). Função exponencial. Obtido em 7 de Março de 2024, de Toda matéria: https://www.todamateria.com.br/funcao-exponencial/ LUIZ, R. (s.d.). Equação do 2º grau. Obtido em 06 de Março de 2024, de Brasil Escola: https://brasilescola.uol.com.br/matematica/equacao-2-grau.htm OLIVEIRA, R. (s.d.). Função Logarítmica. Obtido em 7 de Março de 2024, de Mundo Educação: https://mundoeducacao.uol.com.br/matematica/funcao- logaritmica.htm OLIVEIRA, R. R. (s.d.). Função do 2 Grau. Obtido em 7 de Março de 2024, de Mundo Educação: https://mundoeducacao.uol.com.br/matematica/funcao-2-grau.htm RIBEIRO, A. G. (s.d.). Inequações do Segundo Grau. Obtido em 7 de Março de 2024, de Brasil Escola: https://brasilescola.uol.com.br/matematica/inequacoes-2-grau.htm. SILVA, L. P. (s.d.). Fórmula de Bhaskara. Obtido em 6 de Março de 2024, de Mundo Educação: https://mundoeducacao.uol.com.br/matematica/formula-bhaskara.htm UFMG, D. d. (2020). Equação Logarítmica 1 Introduçao. Obtido em 6 de Março de 2024, de Departamento de Matemática da UFMG: https://www.mat.ufmg.br/pet/wp- content/uploads/2020/09/Equacao-LogaritmicaTexto-de-Apoio.pdf
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