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119 FUNÇÃO QUADRÁTICA OU FUNÇÃO POLINOMIAL DO 2º GRAU. Chama-se função polinomial do 2º grau, ou função quadrática, qualquer função f: ℝ → ℝ dada por uma lei da forma: onde a, b e c são números reais fixos, com a ≠ 0. Vejamos a seguir alguns exemplos: 1) f(x) = x2 – x + 1 nessa função, temos que a = 1 , b = -1 e c = 1. 2) g(x) = -3x2 + 4 nessa função, temos que a = -3 , b = 0 e c = 4. 3) r(x) = + 𝑥 nessa função, temos que a = 𝟏 𝟐 , b = 𝟒 𝟓 e c = 0. 4) s(x) = − 3𝑥2 3 + √ 𝑥 - 3 nessa função, temos que a = − √𝟑 𝟑 , b = √𝟐 𝟓 e c = -3. RAIZ E VALOR DE UMA FUNÇÃO QUADRÁTICA OU FUNÇÃO POLINOMIAL DO 2º GRAU. A raiz da função quadrática é(são) o(s) ponto(s) em que o valor da função f(x) = 0. Graficamente, é o ponto em que a parábola representada pela lei de formação da função intercepta o eixo x, isto é, o ponto em que f(x) = 0, ou seja, como y = f(x), temos que y = 0. Assim, para determinarmos a raiz de uma função quadrática, basta igualarmos a lei de formação da função a zero e assim, determinar o(s) valor(es) de x. Exemplo1: Determine a raiz da função f(x) = x2 – 2x + 1. Resolução: Para determinarmos a raiz da função f(x) = x2 – 2x + 1, basta descobrirmos o(s) valor(es) de x que satisfaz: f(x) = 0 Assim, vamos seguir os passos conforme abaixo: 1º passo) Identificar os coeficientes a, b e c: Na função f(x) = x2 – 2x + 1, temos que a = 1 , b = -2 e c = 1. Matemática – Professor Matheus Gama Função Quadrática ou Função Polinomial do 2º Grau. Data: ___/___/ 2024 f(x) = ax2 + bx + c 120 2º passo) Determinar o valor do discriminante ou delta (∆) ∆ = b2 – 4.a.c ⇒ ∆ = (-2)2 – 4.(1).(1) ⇒ ∆ = 4 - 4 ⇒ ∆ = 0 3º passo) Determinar o(s) valor(es) de x usando Bháskara: 𝐛 ± √∆ 𝟐 . 𝐚 ⇒ 𝒙 = ( 𝟐) ± √ 𝟐 . 𝟏 ⇒ 𝒙 = 𝟐 ± 𝟎 𝟐 ⇒ 𝒙 = 𝟏 Portanto, temos que x = 1 é a raiz da função quadrática f(x) = x2 – 2x + 1. Isso significa que quando x = 1, o valor da função f(x) = x2 – 2x + 1 é igual a zero. Assim, temos que: f(1) = 0 Para tirarmos a prova real, basta pegarmos o valor de x encontrado e verificar se y = f(1) = 0, da seguinte forma: f(1) = (1)2 – 2.(1) + 1 ⇒ f(2) = 1 – 2 + 1 ⇒ f(2) = 0 Assim, como y = f(1) = 0, realmente quando x = 1, o valor da função é igual a zero. Assim, x = 2 é realmente a raiz da função f(x) = x2 – 2x + 1. Se quisermos, por exemplo, determinar o valor da função g(x) = x2 – 1, quando x = 4, basta substituirmos o valor de x dado na lei de formação da função: f(4) = 42 – 1 ⇒ f(4) = 15 isto é, quando x = 4, temos que y = f(4) = 15. Exemplo2: Determine a raiz da função g(x) = x2 + x – 2. Resolução: Para determinarmos a raiz da função g(x) = x2 + x – 2, basta descobrirmos o(s) valor(es) de x que satisfaz: f(x) = 0 Assim, vamos seguir os passos conforme abaixo: 121 1º passo) Identificar os coeficientes a, b e c: Na função g(x) = x2 + x – 2, temos que a = 1 , b = 1 e c = -2. 2º passo) Determinar o valor do discriminante ou delta (∆) ∆ = b2 – 4.a.c ⇒ ∆ = (1)2 – 4.(1).(-2) ⇒ ∆ = 1 + 8 ⇒ ∆ = 9 3º passo) Determinar o(s) valor(es) de x usando Bháskara: 𝐛 ± √∆ 𝟐 . 𝐚 ⇒ 𝒙 = (𝟏) ± √ 𝟐 . 𝟏 ⇒ 𝒙 = 𝟏 ± 𝟑 𝟐 Assim, abriremos em dois casos: x1 = 𝟏 𝟑 𝟐 e x2 = 𝟏 𝟑 𝟐 x1 = 𝟐 𝟐 e x2 = 𝟒 𝟐 x1 = 1 x2 = - 2 Portanto, temos que x1 = 1 e x2 = - 2 são as raízes da função quadrática g(x) = x2 + x – 2. Isso significa que quando x1 = 1 ou x2 = -2, o valor da função f(x) = x2 – 2x + 1 é igual a zero. Assim, temos que: f(1) = 0 ou f(-2) = 0 A partir das ideias vistas até esse momento, podemos então relacionar a quantidade de raízes de uma função quadrática a partir do sinal do discriminante (∆): ∆ = b2 – 4.a.c Se ∆ < 0 (negativo) A função quadrática não terá raíz real, ou seja, nunca interceptará o eixo x. Se ∆ > 0 (positivo) Se ∆ = 0 (nulo) A função quadrática terá duas raízes reais e distintas, ou seja, interceptará o eixo x em dois pontos distintos. A função quadrática terá duas raízes reais e iguais (uma única raiz real), ou seja, interceptará o eixo x em um 122 EXERCÍCIOS. 1aQuestão) Identifique os coeficientes a, b e c de cada uma das funções abaixo e os valores do discriminante (∆): Função Coeficiente a Coeficiente b Coeficiente c ∆ a) f(x) = x2 – 2x + 3 b) g(x) = x2 - 4 c) r(x) = - x2 - x + 1 d) s(x) = − 3𝑥2 + 10𝑥 7 2aQuestão) Determine abaixo, se possível, a(s) raiz(es) das funções dadas: a) f(x) = x2 – 2x + 3 b) g(x) = x2 - 4 123 c) r(x) = - x2 - x + 1 3aQuestão) Determine abaixo os valores de cada uma das funções (y) para os valores de x dados: a) f(x) = x2 – 2x - 3 Quando x = -1. Quando x = 3. b) g(x) = x2 - 4 Quando x = -2. Quando x = 2. c) r(x) = - x2 - x + 1 Quando x = - 1. Quando x = . 124 GRÁFICO DE UMA FUNÇÃO QUADRÁTICA OU FUNÇÃO POLINOMIAL DO 2º GRAU. O gráfico de uma função quadrática da forma f(x) = ax2 + bx + c, onde a e b e c são números reais fixos, com a ≠ 0, será uma curva chamada parábola que pode passar pela origem do plano cartesiano ou não e pode ter sua concavidade (abertura) voltada para cima ou para baixo e possuir um ponto máximo ou um ponto mínimo. CONCAVIDADE DA PARÁBOLA. Inicialmente, vamos verificar como será a concavidade (abertura) da parábola: EXERCÍCIOS. 1aQuestão) Identifique se as parábolas abaixo tem a concavidade voltada para cima ou para baixo. Justifique. Função Concavidade Justificativa a) f(x) = x2 – 2x + 3 b) g(x) = x2 - 4 c) r(x) = - x2 - x + 1 d) s(x) = − 3𝑥2 + 10𝑥 7 f(x) = ax2 + bx + c, com a ≠ 0 Se a > 0 (positivo) A parábola terá sua concavidade (abertura) voltada para cima, ou seja, ela estará “sorrindo”. Se a < 0 (negativo) A parábola terá sua concavidade (abertura) voltada para baixo, ou seja, ela estará “triste”. 125 INTERPRETAÇÃO GEOMÉTRICA DAS RAÍZES DE UMA PARÁBOLA. Vejamos novamente, que as raízes de uma função quadrática estão ligadas ao valor do discriminante (∆), conforme a lei de formação da função. Agora, daremos um significado (interpretação) geométrica das raízes, em relação ao gráfico da função quadrática. Observe abaixo, mais uma vez, a relação entre as raízes e o discriminante: Assim, as raízes de uma função quadrática são as abscissas dos pontos em que parábola intercepta o eixo x, isto é, são os pontos da forma (x1,0) e (x2,0), onde os valores x1 e x2 são as raízes da função. Contudo, atentando-se ao estudo do discriminante, podemos saber em quantos pontos qualquer parábola pode ou não, interceptar o eixo x e se a sua concavidade está voltada para cima ou para baixo. Observe alguns exemplos: A parábola ao lado possui o coeficiente a > 0 (pois sua concavidade está voltada para cima) e o discriminante (∆) > 0, pois a parábola intercepta o eixo x em dois pontos distintos, sendo A = (-2,0) e B = (2,0), sendo as suas raízes x1 = - 2 e x2 = 2. ∆ = b2 – 4.a.c Se ∆ < 0 (negativo) A função quadrática não terá raíz real, ou seja, nunca interceptará o eixo x. Se ∆ > 0 (positivo) Se ∆ = 0 (nulo)A função quadrática terá duas raízes reais e distintas, ou seja, interceptará o eixo x em dois pontos distintos. A função quadrática terá duas raízes reais e iguais (uma única raiz real), ou seja, interceptará o eixo x em um 126 A parábola ao lado possui o coeficiente a < 0 (pois sua concavidade está voltada para baixo) e o discriminante (∆) > 0, pois a parábola intercepta o eixo x em dois pontos distintos, sendo A = (-2,0) e B = (2,0), sendo as suas raízes x1 = - 2 e x2 = 2. A parábola ao lado possui o coeficiente a < 0 (pois sua concavidade está voltada para baixo) e o discriminante (∆) < 0, pois a parábola não intercepta o eixo x. Portanto, afirmamos que ela não apresenta raízes reais. A parábola ao lado possui o coeficiente a > 0 (pois sua concavidade está voltada para cima) e o discriminante (∆) < 0, pois a parábola não intercepta o eixo x. Portanto, afirmamos que ela não apresenta raízes reais. 127 COORDENADAS DO VÉRTICE DA PARÁBOLA E EIXO DE SIMETRIA. O vértice da parábola corresponde ao ponto em que o gráfico de uma função do quadrática muda de sentido. Assim, temos de observar o sinal do coeficiente a, da seguinte forma: Com isso, podemos determinar as coordenadas do vértice V = (xv,yv) de qualquer parábola, tal que: xv = 𝐛 .𝐚 e yv = ∆ .𝐚 assim, temos que: 𝑉 = – 𝐛 .𝐚 , – ∆ .𝐚 Onde: xv = 𝐛 .𝐚 e yv = ∆ .𝐚 Observação1: Na função quadrática da forma f(x) = ax2 + bx + c, com a ≠ 0, o coeficiente c é o ponto em que a parábola intercepta o eixo OY, ou seja, basta substituir x = 0 para obter o coeficiente c. Observação2: O eixo de simetria da parábola será sempre uma reta que passa pelo vértice e é paralela ao eixo OY. No caso da parábola ao lado, o eixo OY é o próprio eixo de simetria e o ponto V = (0,0) é o vértice dessa parábola. Observação3: Para esboçar o gráfico da parábola, basta determinar as coordenadas dos pontos das raízes e as coordenadas do vértice. f(x) = ax2 + bx + c, com a ≠ 0 Se a > 0 (positivo) A parábola terá um ponto mais alto, chamado de ponto de máximo, onde a função obtém o seu maior valor (maior imagem) que ela pode alcançar. Se a < 0 (negativo) A parábola terá um ponto mais baixo, chamado de ponto de mínimo, onde a função obtém o seu menor valor (menor imagem) que ela pode alcançar. 128 EXERCÍCIOS. 1aQuestão) Determine os zeros ou raízes das funções: a) f(x) = x2 – 4x – 5 b) f(x) = x2 – 4x + 4 c) f(x) = x2 – 2x + 6 129 2aQuestão) Determine as coordenadas do vértice de cada uma das parábolas abaixo e faça um esboço do gráfico de cada uma delas. Função Coordenadas do Vértice Esboço do gráfico a) f(x) = x2 – 4x – 5 b) f(x) = x2 – 4x + 4 c) f(x) = x2 – 2x + 6 130 3aQuestão) Diga se cada uma das parábolas abaixo terá um ponto de menor valor da função (ponto de mínimo) ou ponto de maior valor da função (ponto de máximo). Justifique. Além disso, determine também esses valores da função: Função Ponto de Máximo Ponto de Mínimo Justificativa Valor a) y = x2 – 5x + 6 b) y = x2 - 5x + 4 c) f(x) = - x2 + 5x - 4 d) f(x) = x2 - 7x + 10 e) f(x) = - x2 + 7x – 10 f) y = x2 – 7x + 12 _______________________________________ _______________________________________ Assinatura do Professor Assinatura do(a) Responsável