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1 GEX101 – MATEMÁTICA FUNDAMENTAL Turmas 02A, 07A, 09A, 10A Aulas 17 e 18 15 e 18 de março de 2013 Professora Isabel Amorim Capítulo 4 do livro: Connallly, Hughes-Hallett, Gleason, et al.; Funções para modelar variações: uma preparação para o cálculo. 3ª Edição, Editora LTC, Rio de Janeiro, 2009. FUNÇÕES LOGARÍTMICAS 1.1 Introdução: Suponha que uma população cresça de acordo com a fórmula , em que P é o tamanho da colônia no instante t, em horas. Quando é que a população desta colônia será ? Desejamos resolver a seguinte equação para t: . Sabe-se que e , então o valor para o expoente t que estamos procurando está entre 2 e 4 pois Mas como determinar este expoente? 1.2 Definição: logaritmo comum (base 10) Para responder a questão anterior, podemos utilizar a função logaritmo comum, ou simplesmente a função log, escrita como ou , definida como: Por exemplo: pois . Para resolver a equação , devemos determinar a potência de 10 que resulte em 2.500. Utilizando a tecla log da calculadora obtemos um valor aproximado para este expoente: pois Assim, o valor exato do expoente é e o valor aproximado é 3,398. Concluímos que a população leva aproximadamente 3,4 horas para alcançar 2.500. Exemplo 1: Reescreva as sentenças seguintes, utilizando expoentes em vez de logaritmos. a) b) c) Solução: Se então . a) significa que . b) significa que . c) significa que . A letra c é uma aproximação. Note que e que Se x é um número positivo, é o expoente de 10 tal que a potência resulta em . Em outras palavras: Se então . 2 Exemplo 2: Reescreva as sentenças seguintes, utilizando logaritmos em vez de expoentes. a) b) c) . Solução: Se então . a) significa que b) significa que c) significa que A letra c é uma aproximação. Se você utilizar uma calculadora vai notar que Exemplo 3: Calcule, se possível sem calculadora, os seguintes logaritmos: a) b) c) d) e) f) Solução: a) = 0 pois . b) pois . c) pois .000.000. d) pois . e) pois o expoente de 10 tal que a potência resulta é 1/2. f) é indefinido. Pois 10 elevado a uma potência qualquer será sempre um valor positivo, portanto não pode ser escrito como potência de 10. 1.3 As funções logarítmica e exponencial são inversas uma da outra! Observe, nos exemplos anteriores que a operação de aplicar um logaritmo “desfaz” a função exponencial. Isso significa que as funções logaritmo e exponencial são funções inversas. Revisão de função inversa: Diz-se que f x e g x são funções inversas (uma da outra) se f g x f g x g f x g f x x . Por exemplo: e . Exemplo 4: Sem usar a calculadora, determine: a) b) c) Solução: Usando e temos: a) b) c) Para qualquer N, Para qualquer N > 0, . 3 1.4 O gráfico, o domínio e a Imagem do logaritmo comum A função logaritmo comum (base 10) está definida para todos os números positivos. Portanto: Domínio de são todos os números positivos. Imagem de são todos os números reais. Tabela 1: Valores de logx (arredondados) Figura 1: gráfico da função Observe a figura 1: o gráfico de cruza o eixo x em Visto que =0. o gráfico sobre para em . Visto que =1. É fácil perceber que o gráfico vai alcançar quando e assim por diante, de modo que para alcançar a altura de , o valor de x dever ser igual a ! Veja que a função tem uma assíntota vertical em , mas está função nunca toca o eixo dos y. Embora não possa ser igual a zero na função log, podemos tão pequeno quanto desejarmos. Á medida que x decresce em direção à zero, o s valores de vão se tornando grandes, em valor absoluto, porém negativos. A função logarítmica: cresce muito rapidamente para e cresce muito lentamente para . 1.5 Gráfico das funções inversas: e . Quando duas funções são inversas uma da outra significa que seus gráficos estão correlacionados. Tabela 2: Valores da função logx Tabela 3: Valores da função exponencial Figura 2: Funções inversas: e . Observe que o gráfico de é igual ao gráfico de com os eixos x e y permutados. Se os eixos dos x e dos y tiverem a mesma escala, isto equivale a uma reflexão do gráfico sobre a reta . x Logx 0 Indefinido 0,001 -3 0,01 -2 0,1 -1 1 0 10 1 100 2 1000 3 x Logx x 0,001 -3 -3 0,001 0,01 -2 -2 0,01 0,1 -1 -1 0,1 1 0 0 1 10 1 1 10 100 2 2 100 1000 3 3 1000 4 Correspondência entre as propriedades das funções inversas e Propriedades de Propriedades de =0 Imagem (0,+∞) Imagem (-∞, +∞) Domínio: (-∞, +∞) Domínio (0,+∞) 1.6 Propriedades do logaritmo comum: Por definição: significa Em particular: e Se 0b e 1b , 0 1 1 log 1 0 log 1 b b b b b b As funções e são inversas uma da outra, então uma “desfaz” a outra. Assim: para todo x, para todo Propriedades: Para b1 e b2 positivos e para qualquer valor de x temos: (1) 1 2 1 2log log logb b b b Prova: Sejam 1 2 1 1 1 2 2 2 log log a a b e a b b e a b 1 2 1 2a a a ae e e 1 2 1 2log loga a a ae e e 1 2 1 2log a aa a e e 1 2 1 2log log logb b b b (2) log logxb x b Prova: log xb a log log log a a x a x x ab e b e b e x b a x log log xx b b (3) 1 1 2 2 log log log b b b b Prova: 1 11 1 2 1 2 1 2 2 log log log log log log b b b b b b b b 5 (4) log log logb x x b Prova: logb x y log log log logy yx b x b x y b log log log log logb x x y x b b Resumindo as propriedades do logaritmo comum logx: Exemplo 5: a) 2 1010 100 ? 2 10 100 log 100 2 x x x b) 3 10 1 1 1 10 ? 3 10 log 3 1000 1000 1000 x x x c) 4 22 16 ? 4 2 16 log 16 4 x x x Exemplo 6: Resolva a equação Solução: Aplicando logaritmos em ambos os lados, obtemos: (1) 1 2 1 2log log logb b b b (2) log logxbx b (3) 1 1 2 2 log log log b b b b (4) log log logb x x b
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