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Sala 514 CÁLCULO BÁSICO – AULA 3 1ºSem/2013 Prof. M.Sc. Luiz Roberto D. de Macedo DETERMINAÇÃO DO DOMÍNIO DE UMA FUNÇÃO Devemos lembrar que se está supondo que os elementos dos conjuntos a que denominamos domínio e contradomínio pertencem ao conjunto dos números reais ( ). Já foi visto que o domínio de uma função é constituído pelo conjunto de todos os elementos da variável independente, para os quais o valor da função pode ser determinado. Assim, apresentam-se as seguintes situações possíveis: 1ª Situação Caso não seja explicitado o domínio da função, supor-se-á que o domínio é o conjunto dos números reais, ou seja, o domínio é constituído por todos os valores de x para os quais f ( x ) é um número real. Exemplo Estabelecer o domínio da função f ( x ) = x2 – 3x + 1. Solução: Como não foi especificado em qual conjunto se trabalhará, supõe-se que será o conjunto dos números reais. De fato, pode-se encontrar o valor de y (variável dependente) ao se substituir x (variável independente) por qualquer valor real. Assim, pode-se escrever que: D ( f ) = 2ª Situação Se for estabelecido um intervalo de validade da variável independente, esse intervalo será o domínio da função. Exemplo Qual o domínio da função f ( x ) = 5 x – 3, com 0 ≤ x ≤ 6? Solução: Como, juntamente com a função, já foram esclarecidos quais valores podem ser assumidos pela variável independente, o domínio da função será dado por: D ( f ) = { x ∈ | 0 ≤ x ≤ 6 }. 3ª Situação Caso apareça a variável independente no denominador de uma fração, deve-se ter o cuidado de restringir o valor dessa variável de tal modo que esse denominador não se anule. Exemplo Qual o domínio da função f x( ) = 8x − 5 ? Solução: Como a variável independente está no denominador, deve-se impor a condição de esse denominador não se anular. Assim: x – 5 ≠ 0 ⇒ x ≠ 0 + 5 ⇒ x ≠ 5 Então, o domínio da função será dado por: D ( f ) = { x ∈ | x ≠ 5 } 4ª Situação Se a variável independente estiver sob um radical de índice par, deve-se impor a condição de o radicando ser maior ou igual a zero. Observação: Se o radical for de índice ímpar, o domínio será o conjunto dos números reais. Exemplo Qual o domínio da função f x( ) = 3x −15 ? Solução: Como a variável está sob um radical de índice par, deve-se fazer a imposição de o radicando ser maior ou igual a zero. Portanto: 3x −15 ≥ 0⇒ 3x ≥15⇒ x ≥ 15 3 ⇒ x ≥ 5 Logo, o domínio da função será dado por: D ( f ) = { x ∈ | x ≥ 5 } Sala 514 CÁLCULO BÁSICO – AULA 3 1ºSem/2013 Prof. M.Sc. Luiz Roberto D. de Macedo 5ª Situação No caso de uma função ser composta de várias operações matemáticas, deve-se considerar como domínio todos os valores da variável independente que tornam possíveis as operações matemáticas indicadas na definição da função. Exemplo Estabelecer o domínio da função f x( ) = 2x − 8 + 3x2x − 7 . Solução: 1) A variável independente que está sob o radical de índice par faz com que seja imposta a condição de o radicando ser maior ou igual a zero. Logo: 2 x – 8 ≥ 0 ⇒ 2x ≥ 8 ⇒ x ≥ 4 2) A variável independente que está no numerador pode assumir qualquer valor. Então, nesse caso, não há restrição quanto ao seu valor, podendo assumir qualquer valor real. 3) A variável independente que se encontra no denominador faz com que seja imposta a condição de esse denominador ser diferente de zero. Assim: 2x − 7 ≠ 0⇒ 2x ≠ 7⇒ x ≠ 7 2 4) As restrições impostas são: x ≥ 4 e x ≠ 7 2 Verifica-se que a primeira restrição satisfaz, simultaneamente, a todas as operações matemáticas que definem a função. Logo, o domínio será dado por: D ( f ) = { x ∈ | x ≥ 4 } TIPOS DE FUNÇÕES Função Sobrejetora É aquela cujo conjunto imagem é igual ao contradomínio. Ao representar a função sobrejetora por meio de um diagrama, pode-se notar que, além de não sobrarem elementos no conjunto A (fato obrigatório para ser uma função), não sobram elementos no conjunto B. Utilizando a representação por intermédio de diagramas de setas: Função Injetora Uma função y = f ( x ) é injetora quando elementos distintos do seu domínio possuem imagens distintas, isto é: x1 ≠ x2 ⇒ f ( x1 ) ≠ f ( x2 ) . Utilizando a representação por intermédio de diagramas de setas: Função Bijetora Uma função é dita bijetora quando é, ao mesmo tempo, injetora e sobrejetora. Utilizando a representação por intermédio de diagramas de setas: Sala 514 CÁLCULO BÁSICO – AULA 3 1ºSem/2013 Prof. M.Sc. Luiz Roberto D. de Macedo Exemplos 1) Considere três funções f, g e h, tais que: • a função f atribui a cada pessoa do mundo, a sua idade, • a função g atribui a cada país, a sua capital, • a função h atribui a cada número natural, o seu dobro. Quais das funções dadas, são injetoras? Solução: Sabe-se que, numa função injetora, elementos distintos do domínio possuem imagens distintas, ou seja: x1 ≠ x2 ⇒ f ( x1 ) ≠ f ( x2 ) . Logo, pode-se concluir que: f não é injetora, pois duas pessoas distintas podem ter a mesma idade; g é injetora, pois não existem dois países distintos com a mesma capital; h é injetora, pois dois números naturais distintos possuem os seus dobros também distintos. 2) Seja f uma função definida em – conjunto dos números reais, tal que f (x – 5 ) = 4 x. Nessas condições, pede-se determinar f ( x + 5 ). Solução: Vamos a função f ( x ). Para tal, fazemos: f ( x – 5) = 4 x ⇒ f ( x + 5 – 5) = 4 (x + 5) ⇒ f ( x ) = 4x + 20 Para encontrar f ( x + 5 ) faz-se: f ( x ) = 4x + 20 ⇒ f ( x + 5 ) = 4 (x + 5) + 20 ⇒ f ( x + 5) = 4x + 20 + 20 ⇒ f ( x + 5 ) = 4 x + 40 3) Seja a função f ( x ) = 2x2 – 3x + 1, determine f ( x + 3). Solução: Para encontrar f ( x + 3 ) faz-se: f ( x ) = 2x2 – 3x + 1 ⇒ f ( x + 3) = 2( x + 3)2 – 3( x + 3) + 1 ⇒ f ( x + 3) = 2 (x2 + 6x + 9) – 3x – 9 + 1 ⇒ f ( x + 3) = 2x2 + 12x + 18 – 3x – 9 + 1 ⇒ f ( x + 3) = 2x2 + 9x + 10 4) Se f ( x – 2 ) = 4x2 – 3, determine f x −1 2 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ . Para encontrar a função solicitada, faz-se: f ( x – 2 ) = 4x2 – 3 ⇒ f ( x + 2 – 2 ) = 4( x + 2) 2 – 3 ⇒ f ( x ) = 4( x2 + 4x + 16) – 3 ⇒ f ( x ) = 4x2 + 16x + 13 Para determinar f x −1 2 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ , faz-se: f ( x ) = 4x2 + 16x + 13 ⇒ f x −1 2 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ = 4 x −1 2 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ 2 + 16 x −1 2 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ +13 ⇒ f x −1 2 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ = 4. x2 − 2x +1 4 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ + 8 (x – 1) + 13 ⇒ f x −1 2 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ = x 2 – 2x + 1 + 8x – 8 + 13 ⇒ f x − 1 2 ⎛ ⎝⎜ ⎞ ⎠⎟ = x 2 + 6x + 6 PARIDADE DE FUNÇÕES Função Par A função y = f ( x ) é par, se para todo x ∈ D( f ) ocorrer f ( x ) = f ( – x ). Portanto, em uma função par, elementos simétricos do domínio possuem o mesmo valor para imagem. Uma consequência desse fato é que os gráficos cartesianos das funções pares são curvas simétricas em relação ao eixo das ordenadas (eixo y), ou seja, têm o eixo y funcionando como um espelho que reflete, do lado esquerdo, o que tem imagem do lado direito. Sala 514 CÁLCULO BÁSICO – AULA 3 1ºSem/2013 Prof. M.Sc. Luiz Roberto D. de Macedo Exemplo Verificar se a função dada por y = x4 + 1 é uma função par ou não. Solução: Para ser uma função par, deve-se ter f ( x ) = f ( – x ). Então, escolhendo valores simétricos para x, devemos obter resultados iguaispara y. Se forem escolhidos 2 e – 2 para os valores de x, obtém-se: f ( 2 ) = 24 + 1 = 17 e f (– 2) = (– 2)4 + 1 = 17 Logo, a função dada é uma função par. Função Ímpar A função y = f ( x ) é ímpar , quando, para todo valor de x ∈D( f ) ocorrer f (– x) = – f ( x ). Portanto, numa função ímpar, elementos simétricos do domínio possuem imagens simétricas. Uma consequência desse fato é que os gráficos cartesianos das funções ímpares são curvas simétricas em relação à origem do sistema de eixos, o par ordenado (0,0). Exemplo Verificar se a função dada pela lei de formação y = x3 é ou não uma função ímpar. Solução: Para que a função dada seja ímpar, deve-se ter f (– x) = – f ( x ). Atribuindo para x os valores 2 e – 2, obtém-se: f ( 2 ) = ( 2 )3 = 8 ⇒ – f ( 2 ) = – 8 e f (– 2 ) = (– 2)3 = – 8 Logo, a função dada é ímpar. Observação Se uma função y = f ( x ) não for par nem ímpar, diz-se, então, que ela não possui paridade. Exemplo O gráfico abaixo representa uma função que não possui paridade, pois a curva não é simétrica em relação ao eixo dos y e não é simétrica em relação à origem. FUNÇÕES PERIÓDICAS Uma função f ( x ) é chamada de função periódica quando existir um número positivo “p” que satisfaça a igualdade: Sala 514 CÁLCULO BÁSICO – AULA 3 1ºSem/2013 Prof. M.Sc. Luiz Roberto D. de Macedo f ( x + p) = f ( x ), ∀ x ∈ D ( f ). O menor valor de “p” que verifica essa condição é denominado de período da função. O gráfico de uma função periódica é formado por trechos que se repetem ao longo do eixo das abscissas – eixo x. Exemplo A função representada graficamente abaixo é uma função periódica: Observe que: y = f ( x ) = f (x + 2) = f (x + 4) = ... = f (x – 2) = f (x – 4) = .... Além disso, é fácil perceber que o período da função é p = 2. FUNÇÕES LIMITADAS Uma função f ( x ) é denominada de função limitada, no seu domínio de definição, quando existirem dois valores reais y1 e y2, tais que: y1 ≤ f ( x ) ≤ y2, ∀ x ∈ D ( f ). Desta maneira, pode-se afirmar que o gráfico de uma função limitada fica inteiramente contido em uma faixa horizontal cujos limites são as ordenadas y1 e y2, ou seja, é possível traçar duas retas horizontais que passam por y1 e y2 formando a faixa limitante da função. Pode-se dizer, também, que uma função é limitada quando o seu conjunto imagem é um conjunto limitado, ou seja, . Exemplo A função , representada graficamente abaixo é um exemplo de uma função limitada. No gráfico da função é possível perceber a “faixa” de limitação da função, ou seja, o conjunto imagem está contido no intervalo fechado [ – 1 , 1 ] , . Função limitada superiormente Diz-se que uma função f ( x ) é limitada superiormente quando existe um valor yS, tal que: f ( x ) ≤ yS ∀ x ∈D ( f ). Exemplo A função , representada graficamente abaixo, é um exemplo de função limitada superiormente. Im f( ) ⊂ a , b⎡⎣ ⎤⎦ f x( ) = sen x Im f( ) ⊂ − 1 , 1⎡⎣ ⎤⎦ f x( ) = x, se x < 2 2, se x ≥ 2 ⎧ ⎨ ⎪ ⎩⎪ Sala 514 CÁLCULO BÁSICO – AULA 3 1ºSem/2013 Prof. M.Sc. Luiz Roberto D. de Macedo Observe que o gráfico representativo da função f ( x ) tem um valor limitante superiormente , yS = 2. Inferiormente o gráfico da função f ( x ) não apresenta limite. Função limitada inferiormente Diz-se que uma função é limitada inferiormente quando existe um valo yI, tal que: f ( x ) ≥ yI ∀ x ∈D ( f ). Exemplo A função , representada graficamente abaixo, é um exemplo de função limitada inferiormente. É possível observar que o gráfico representativo da função f ( x ) dada tem um valor limitante inferiormente , yI = – 2. Superiormente o gráfico da função f ( x ) não apresenta limite. Função ilimitada Uma função será classificada como uma função ilimitada caso uma função não tenha valores de yS e yI que a limitem, nem superiormente, nem inferiormente. Exemplo A função f ( x ) = 2x – 4, representada graficamente abaixo, é uma função ilimitada. FUNÇÕES CRESCENTES OU DECRESCENTES Uma função f ( x ) é denominada de função crescente em um intervalo a < x < b, se para quaisquer valores x1 e x2 do domínio da função, com x1 < x2 se tiver f ( x1 ) < f ( x2 ), ou seja: f ( x ) é crescente em [ a , b ] ⇔ ∀ x1 < x2 ⇒ f ( x1 ) < f ( x2 ). De modo análogo, pode-se dizer que: f x( ) = 1− x, se x < 3 − 2, se x ≥ 3 ⎧ ⎨ ⎪ ⎩⎪ Sala 514 CÁLCULO BÁSICO – AULA 3 1ºSem/2013 Prof. M.Sc. Luiz Roberto D. de Macedo f ( x ) é decrescente em [ a , b ] ⇔ ∀ x1 < x2 ⇒ f ( x1 ) > f ( x2 ). Exemplos As funções representadas graficamente a seguir são exemplos de funções crescentes e decrescentes em um dado intervalo [ a , b ]. FUNÇÃO CONSTANTE Uma função é dita constante, com domínio no conjunto dos números reais e contradomínio também no conjunto dos números reais quando: f : → | f ( x ) = k , k ∈ . Outro aspecto a considerar é que, nesse tipo de função, não aparece variável independente no 2º membro. Exemplos São funções constantes: a) f ( x ) = 7 b) f ( x ) = – 1,25 Graficamente temos: MÓDULO OU VALOR ABSOLUTO Dado um número real “x” define-se módulo ou valor absoluto de “x”, e indica-se por , à distância entre a origem do sistema de eixos cartesianos e o ponto que representa a abscissa de “x” na reta numerada. Portanto, tem-se: • se x ≥ 0 ⇒ = x, e; • se x < 0 ⇒ = – x. Exemplos e Graficamente, tem-se: FUNÇÃO MODULAR Denomina-se função modular à função f ( x ) com domínio no conjunto dos números reais e contradomínio no conjunto dos números reais não negativos, ou seja: f : → | f ( x ) = , ∀ x ∈ Observa-se que . O gráfico representativo de uma função modular é: x x x + 5 = 5 − 5 = 5 x f x ( ) = x, se x ≥ 0 − x, se x < 0 ⎧ ⎨ ⎪ ⎩⎪ Sala 514 CÁLCULO BÁSICO – AULA 3 1ºSem/2013 Prof. M.Sc. Luiz Roberto D. de Macedo É possível perceber que: • D ( f ) = ; • Im ( f ) = ; • f ( x ) = é uma função par, pois f ( – x ) = f ( x ) ∀ x ∈, e; • f ( x ) = é uma função ilimitada (não limitada). EXERCÍCIOS 1) Estabeleça o domínio das funções dadas abaixo. a) . Resp.: D = {x ∈ | x ≠ !! } b) f ( x ) = 3x3 – 4x2 + 3x – 8 . Resp.: D = c) . Resp.: D = {x ∈ | 𝑥 ≤ − !! } d) . Resp.: D = e) . Resp.: D = {x ∈ | x ≠ !! } f) Resp.: D = {x ∈ | x ≠ 4 e x ≠ 5} g) . Resp.: D = {x ∈ | 𝑥 < !! } h) . Resp.: D = {x ∈ | x > 5} 2) Se a função f atribui a cada pessoa a sua naturalidade; a função g atribui a cada cidade o seu prefeito e a função h atribui a cada número natural a sua metade, determine quais das funções são injetora. Resp.: as funções g e h são injetoras. 3) Classifique em par ou ímpar as funções: a) f : → , definida por f ( x ) = x 2 – 9. Resp.: par. b) g : → , definida por g ( x ) = x. Resp.: ímpar. 4) Qual dos gráficos abaixo representa uma função constante? Resp.: Alternativa “c”. 5) São dadas as funções dadas abaixo. classifique cada uma delas em relação à paridade. a) f : [ 0 , 4 ]→ definida por f x( ) = 4 − x2 ; b) f : [ − 2 , 2 ]→ definida por f x( ) = x 2 2 ; x x 74x 2x) x ( f − = 12x 3 ) x ( f −= 3 3x x) x ( f − = 3x2 9x) x ( f − −= 209xx 2) x ( f 2 +− = 18x 2 1x) x ( f 2 − −= 102x 1 4x 43xx)x ( f 2 − ++−= Sala 514 CÁLCULO BÁSICO – AULA 3 1ºSem/2013 Prof. M.Sc. Luiz Roberto D. de Macedo c) f :→ definida por f x( ) = x 4 , se x ≤ 4 1, se x > 4 ⎧ ⎨ ⎪ ⎩ ⎪ ; d) f :→ definida por f x( ) = − 1, se x < 0 x −1, se 0 ≤ x ≤ 2 1, se x > 2 ⎧ ⎨ ⎪⎪ ⎩ ⎪ ⎪ ; e) f :→ definida por f x( ) = x 2, se x ≤ 0 x, se x > 0 ⎧ ⎨ ⎪ ⎩⎪ ; f) f :→ definida por f x( ) = x4 + 3x2 +11 ; g) f :→ definida por f x( ) = 2x3 + x ; h) f :→ definida por f x( ) = x 2 −1 2 ; i) f :→ definida por f x( ) = 5x + 3 , e; j) f :→ definida por f x( ) = x − 5 . Resp.: São funções pares: b) ; f) ; h) e j). São funções ímpares: g). Nem par nem ímpar: a) c) d) e) e i). 6) Em relação às funções dadas no exercício anterior, classifique-as em crescentes, decrescentes ou constantes. Obs.: uma mesma função pode ter trechos onde ela é constante, onde é crescente e/ou onde é decrescente. Resp.: a) decrescente no intervalo dado. b) decrescente no intervalo [ – 2 , 0 ] e crescente no intervalo [ 0 , 2 ]. c) constante para x < – 4 e para x > 4 e crescente para – 4 ≤ x ≤ 4. d) constante para x < 0 e x > 2 e crescente no intervalo 0 ≤ x ≤ 2. e) decrescente no intervalo ] – ∞ , 0 ] e crescente no intervalo [ 0 , ∞ ]. f) decrescente no intervalo ] – ∞ , 0 ] e crescente no intervalo [ 0 , ∞ ]. g) crescente. h) decrescente no intervalo ] – ∞ , 0 ] e crescente no intervalo [ 0 , ∞ ]. i) crescente. j) decrescente no intervalo ] – ∞ , – 5 ] e crescente no intervalo [– 5 , ∞ ]. 7) Em relação às funções do exercício nº 3, quais são funções limitadas (e o tipo se for pertinente) e quais são ilimitadas. Resp.: funções limitadas: a) , b) , c) e d) ; limitada inferior : e) , f) , h) e j) ; funções ilimitadas: g) e i). Não há função limitada superior. 8) Identifique as funções pares e as funções ímpares, sabendo que todas são funções com domínio no conjunto dos números reais. a) f x( ) = 2x5 b) f x( ) = x2 +1 c) f x( ) = x2 + x +1 d) f x( ) = x8 e) f x( ) = x 2 + x f) f x( ) = x + x Resp.: Funções pares: b) e e). Funções ímpares: a) e d). Nem par nem ímpar: c) e f). 9) Verifique a paridade das funções dadas abaixo: a) f : → , definida por f ( x ) = x 2 – 9. Resp.: par. b) g : → , definida por g ( x ) = x. Resp.: ímpar.
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