Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
BASES MATEMÁTICAS PARA ENGENHARIA NOTAS DE AULA - PARTE 2 PROF. DRA. DENISE CANDAL Página 1 de 54 Aula: 6 Funções Objetivos Ao final desta aula, o aluno deverá ser capaz de: Representar pontos no plano cartesiano; Reconhecer uma relação; Reconhecer uma função; Determinar o domínio de uma função. Determinar a imagem de uma função. Estrutura de Conteúdo UNIDADE 4 - FUNÇÕES 4.1. Definição e associação a fenômenos físicos 4.2. Gráfico 4.3. Domínio, Imagem e Contra-Domínio 4.4. Tipos (injetora, bijetora e sobrejetora) PARTE I 1. PLANO CARTESIANO - SISTEMA CARTESIANO ORTOGONAL DE COORDENADAS Um sistema de coordenadas auxilia na determinação de um ponto através de um conjunto de informações. Para se determinar um ponto de um plano, podemos fixar nesse plano dois eixos reais Ox e Oy, perpendiculares entre si no ponto O: esse sistema de eixos é conhecido como sistema cartesiano ortogonal de coordenadas; o plano que contém esse sistema é chamado de plano cartesiano; o ponto O é a origem do sistema; os eixos Ox e Oy, denominados de eixos coordenados, são respectivamente o eixo das abscissas e o eixo das ordenadas; os eixos coordenados separam o plano cartesiano em quatro regiões denominadas de quadrantes, que devem ser enumeradas conforme a figura BASES MATEMÁTICAS PARA ENGENHARIA NOTAS DE AULA - PARTE 2 PROF. DRA. DENISE CANDAL Página 2 de 54 2. COORDENADAS DE UM PONTO NO PLANO CARTESIANO Dado um ponto P do plano cartesiano, chamamos de projeção ortogonal de P sobre um dos eixos Ox ou Oy a intersecção desse eixo com a perpendicular a ele, traçada por P. P’ é a projeção ortogonal de P sobre o eixo Ox; P’’ é a projeção ortogonal de P sobre o eixo Oy; Dizemos que as coordenadas do ponto P são: a abscissa do ponto P’ e a ordenada do ponto P’’. 3. PAR ORDENADO Para indicarmos que um ponto P possui abscissa a e ordenada b, usaremos a notação P(a, b). O símbolo (a, b) é chamado de “par ordenado”. Exemplo. P(5, 4), significa que a abscissa de P é 5 e a ordenada é 4; Q(4, 5), significa que a abscissa de Q é 4 e a ordenada é 5. Notas: I) Um ponto P pertence ao eixo das abscissas se, e somente se, sua ordenada for zero. II) Um ponto T pertence ao eixo das ordenadas se, e somente se, sua abscissa for zero. III) Indicando os quadrantes 1o, 2o, 3o e 4o, respectivamente, por I Q, II Q, III Q e IV Q, temos: P(a, b) I Q a > 0 e b > 0; P(a, b) II Q a < 0 e b > 0; P(a, b) III Q a < 0 e b < 0; P(a, b) IV Q a > 0 e b < 0. Exemplos. (a) O ponto A(5, 0) pertence ao eixo das abscissas; (b) O ponto B(0, 4) pertence ao eixo das ordenadas; (c) O ponto C(3, 4) pertence ao I Q; (d) O ponto D(-2, 5) pertence ao II Q; (e) O ponto E(-4, -6) pertence ao III Q; (f) O ponto F(5, -2) pertence ao IV Q. 4. PRODUTO CARTESIANO Sejam A e B conjuntos. Consideremos o conjunto { (x,y) / xA xB }. Dizemos que este conjunto é o produto cartesiano de A por B e escrevemos AxB (lê-se A cartesiano B) Geometricamente: BASES MATEMÁTICAS PARA ENGENHARIA NOTAS DE AULA - PARTE 2 PROF. DRA. DENISE CANDAL Página 3 de 54 Exemplo: Sendo A = {1, 2, 3} e B = {5, 8}, temos: A X B = {(1, 5), (1, 8), (2, 5), (2, 8), (3, 5), (3, 8)} 5. RELAÇÕES Seja R um conjunto. Suponhamos que todos os elementos de R são pares ordenados. Dizemos então que R é uma relação. Se (x, y) R, então dizemos que x e y estão associados (ou relacionados) através de R. Exemplo: Dados os conjuntos A = {1, 2, 3} e B = {1, 2, 4, 6, 10}, determinar cada um dos conjuntos seguintes: (a) o produto cartesiano A X B; O produto cartesiano A X B é o conjunto formado por todos os pares ordenados (x, y), tal que x A e y B. Assim, temos: A X B = {(1, 1), (1, 2), (1, 4), (1, 6), (1, 10), (2, 1), (2, 2), (2, 4), (2, 6), (2, 10), (3, 1), (3, 2), (3, 4), (3, 6), (3, 10)} (b) a relação R1 de A em B, dada por R1 = {(x, y) A X B | y = 2x}; R1 é o subconjunto de A X B formado pelos pares ordenados em que o segundo elemento (y) de cada par é o dobro do primeiro elemento (x). Assim: 6. CONJUNTO DE PARTIDA E CONTRADOMÍNIO Sejam A e B conjuntos. Suponhamos que RAxB. Dizemos que R é uma relação de A em B e que A é o conjunto de partida de R e B é o conjunto de chegada ou contradomínio de R. 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 BASES MATEMÁTICAS PARA ENGENHARIA NOTAS DE AULA - PARTE 2 PROF. DRA. DENISE CANDAL Página 4 de 54 7. DOMÍNIO Seja R relação. Consideremos o conjunto formado pelas primeiras coordenadas dos pares de R. Dizemos que tal conjunto é o domínio de R e escrevemos D(R). 8. IMAGEM Seja R uma relação. Consideremos o conjunto formado pelas segundas coordenadas dos pares de R. Dizemos que tal conjunto é a imagem de R e escrevemos I(R) . Exemplo: Considere a relação R de A em B, descrita pelo diagrama a seguir: Os conjuntos A e B são conjunto de partida (CP) e contradomínio (CD) da relação R. O domínio da relação R é o conjunto: D(R) = {1, 2, 3}. D(R) é o conjunto formado por todos os elementos de A que estão relacionados com elementos de B, através de R. O conjunto imagem da relação R é o conjunto: Im(R) = {9, 10, 12, 15} Im(R) é o conjunto formado por todos os elementos de B que estão relacionados com elementos de A, através de R. 9. FUNÇÕES Uma função é um tipo particular de relação entre conjuntos, que possui uma propriedade especial. Sejam A e B conjuntos. Seja R uma relação de A em B. Suponhamos que: 1. D(R)=A 2. I(R)B 3. Cada elemento xA está associado a um único elemento yB Dizemos então que R é uma função de A em B. Ou ainda, sejam A e B conjuntos diferentes do vazio. Uma relação f de A em B é função se, e somente se, todo elemento de A estiver associado, através de f, a um único elemento de B. Usaremos a notação f : A B para indicar que f é função de A em B. Exemplos: BASES MATEMÁTICAS PARA ENGENHARIA NOTAS DE AULA - PARTE 2 PROF. DRA. DENISE CANDAL Página 5 de 54 As relações f e g são funções, pois: todo elemento de A está associado, através de f, a um único elemento de B; todo elemento de C está associado, através de g, a um único elemento de D; todo elemento de M está associado, através de h, a um único elemento de N; No entanto, t não é função, pois o elemento 4 está associado através de t a mais de um elemento de O (1 e 6). Nota: Como uma função f de A em B é uma relação, os conceitos de domínio (D), contradomínio (CD), conjunto de partida (CP) e conjunto imagem (Im) continuam válidos. No exemplo (a) acima, temos: CP(f) = D(f) = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7}; CD(f) = B = {18, 19, 16, 13, 15}; Im(f) = {16}. PARTE II 1. IMAGEM DE UM ELEMENTO ATRAVÉS DO DIAGRAMA DE FLECHAS Consideremos a função descrita no diagrama de flechas abaixo. Se um elemento y de B estiver associado a um elemento x de A, através de f, então diremos que y é a imagem de x , através de f. Indica-se y = f (x) (lê-se “y é igual a f de x” ou “y é a imagem de x através de f”). Assim, temos: BASES MATEMÁTICAS PARA ENGENHARIA NOTAS DE AULA - PARTE 2 PROF. DRA. DENISE CANDAL Página 6 de 54 6 = f (1) 7 = f (2) 8 = f (3) 8 = f (4) 11 = f (5) 2. IMAGEM DE UM ELEMENTO ATRAVÉS DE Y = F(X) Consideremos os conjuntos A = [-3, 8] , B = [-10, 20] e a função f : A B, onde cada x, x A, é associado a um único f(x), f(x) B, através da lei f(x)= 2x + 1. A lei f(x) = 2x + 1 nos diz que a imagem de cada x do domínio de f é o número 2x + 1 do contradomínio. Assim, temos, por exemplo: a imagem do elemento 4, através de f, é: f (4) = 2 4 + 1 f (4) = 9; logo, (4, 9) f a imagem do elemento , através de f, é: f = 2 + 1 f = 2; logo, ( , 2) f Note que o símbolo f (x) representa a ordenada do ponto de abscissa x. Assim, em vez de escrevermos f(x) = 2x + 1 = 2x + 1, podemos escrever y = 2x + 1, ou seja, o símbolo f(x) pode ser substituído por y e vice-versa. 3. IMAGEM DE UM ELEMENTO ATRAVÉS DO GRÁFICO DE UMA FUNÇÃO Consideremos o gráfico de uma função y = f(x), conforme abaixo. Cada ponto (x,y) do gráfico de f deve ser interpretado como (x, f(x)), ou seja, a ordenada é a imagem da abscissa através de f. Por exemplo: (5,4) é ponto do gráfico; logo f(5) = 4; (-2,0) é ponto do gráfico; logo f(-2) = 0; (2, 3) é ponto do gráfico; logo f(2) = 3; (0, 1) é ponto do gráfico; logo f(0) = 1; 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 x y BASES MATEMÁTICAS PARA ENGENHARIA NOTAS DE AULA - PARTE 2 PROF. DRA. DENISE CANDAL Página 7 de 54 4. ESTUDO DO SINAL DE UMA FUNÇÃO ATRAVÉS DO GRÁFICO Sendo f uma função de domínio D, dizemos que: f é positiva para um elemento x, x D, se, e somente se, f(x) > 0; f é negativa para um elemento x, x D, se, e somente se, f(x) < 0; f se anula para um elemento x, x D, se, e somente se, f(x) = 0. Note que o sinal da função para um elemento x, x D, é o sinal de f(x), e não o sinal de x. Exemplo: Seja o gráfico da função y = f(x) no intervalo –2 < x < 7, f(x) > 0; no intervalo –6 x < -2 ou 7 < x 9, f(x) < 0; para x = -2 e x = 7, f(x) = 0. Note que essas abscissas correspondem aos pontos de intersecção do gráfico com o eixo Ox. 5. RECONHECIMENTO DE UMA FUNÇÃO PELO GRÁFICO Através do gráfico, podemos verificar se uma relação é ou não uma função. Se uma reta paralela ao eixo Oy interceptar o gráfico de uma relação R em mais de um ponto, então R não é função. Em outras palavras, um gráfico representará uma função de A em B se, e somente se, qualquer reta paralela ao eixo Oy, passando por um ponto qualquer de abscissa x, x A, interceptar o gráfico num único ponto. Exemplo: (a) Considere o gráfico a seguir, de uma relação R de A = {1, 2, 3} em B = {4, 5, 6, 7}: Analisando o gráfico, percebemos que a relação R não é função de A em B, pois, (1, 4) e (1, 7) pertencem a R, isto é, o elemento 1 do conjunto de partida está associado, através de R, a dois elementos do contradomínio: 4 e 7. (b) Observe o gráfico a seguir, de uma relação R de A = [2, 5] em B = [1; 3,3]. -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 x y 0 2 4 6 8 0 1 2 3 4 BASES MATEMÁTICAS PARA ENGENHARIA NOTAS DE AULA - PARTE 2 PROF. DRA. DENISE CANDAL Página 8 de 54 Note que qualquer reta paralela ao eixo Oy, passando por um ponto de abscissa x, x A, intercepta o gráfico num único ponto. Isso significa que qualquer x, x A, está associado, através de R, a um único y, y B. Logo, R é função de A em B. 6. FUNÇÃO CRESCENTE Uma função F(x) é crescente em um intervalo numérico no qual é definida se, para dois valores quaisquer x1 e x2 deste intervalo, com x2 > x1, têm-se F(x2) ≥ F(x1). Exemplo de função crescente: f(x) = 2x. 7. FUNÇÃO DECRESCENTE Uma função F(x) é decrescente em um intervalo numérico no qual é definida se, para dois valores quaisquer x1 e x2 deste intervalo, com x2 > x1, têm-se F(x2) ≤ F(x1). Exemplo de função decrescente: 8. FUNÇÃO CONSTANTE Uma função F(x) é constante em um intervalo numérico no qual é definida se, para dois valores quaisquer x1 e x2 deste intervalo, com x2 ≠ x1, têm-se F(x2) = F(x1). Isto só ocorre se BASES MATEMÁTICAS PARA ENGENHARIA NOTAS DE AULA - PARTE 2 PROF. DRA. DENISE CANDAL Página 9 de 54 F(x) = c, onde c é um número real constante, ou seja, não se verifica, na definição da função, a variável independente x. 9. FUNÇÃO SOBREJETORA Função sobrejetora: possuem o contradomínio igual ao conjunto imagem. Em uma função sobrejetora não existem elementos no contradomínio que não estão flechados por algum elemento do domínio, não “sobra” ninguém. 10. FUNÇÃO INJETORA Função Injetora: Não há nenhum elemento em B que está associado a mais de um elemento de A, ou seja, não há em B qualquer elemento com mais de uma flechada. Em outras palavras não há mais de um elemento distinto de A com a mesma imagem em B. Neste exemplo, nem todos os elementos de B estão associados aos elementos de A, isto é, nesta função o conjunto imagem difere do contradomínio, portanto esta não é uma função sobrejetora. 11. FUNÇÃO BIJETORA É uma função sobrejetora, pois não há elementos em B que não foram flechados. É uma função injetora, já que todos os elementos de B recebem uma única flechada. Funções que como esta são tanto sobrejetora, quanto injetora, são classificadas como funções bijetoras. Avaliação 1. Num papel quadriculado, em um mesmo plano cartesiano, localize os pontos: A = ( 0 , 4 ); B = ( -4 , 5 ); C = ( 3 , - 4 ); D = ( 2 , 2 ); E = ( 0 , 0 ) BASES MATEMÁTICAS PARA ENGENHARIA NOTAS DE AULA - PARTE 2 PROF. DRA. DENISE CANDAL Página 10 de 54 2. No plano cartesiano abaixo, dê os pares ordenados de cada ponto: Gabarito: A(-3,4); B(3,4) ; C(2,1) ; D(-2.-3) ;E(1,-3) 3. Considere os segmentos g e k indicados no seguinte plano cartesiano. Determine as coordenadas de suas extremidades: Gabarito: Extremidades de g: (-5,-3) e (0,2). Extremidades de k: (1,-2) e (4,1) 4. Em papel quadriculado, trace os segmentos AB̅̅ ̅̅ e MN̅̅̅̅̅, onde: A = ( 3 , 4 ) e B = ( -3 , -4 ) M = ( -1, 2 ) e N = ( -1 , -1 ) 5. Dadas duas retas concorrentes (p x m), onde p ∩ m = T. Determina as coordenadas cartesianas: a) Do ponto T: (4,1) b) Do ponto A, o que corresponde à intersecção da reta com o eixo OX⃗⃗⃗⃗ ⃗: (3,0) c) Do ponto B, o que corresponde à intersecção da reta com o eixo OY⃗⃗⃗⃗ ⃗: (0,5) BASES MATEMÁTICAS PARA ENGENHARIA NOTAS DE AULA - PARTE 2 PROF. DRA. DENISE CANDAL Página 11 de 54 6. (UFF) Em um certo dia, três mães deram a luz em uma maternidade. A primeira teve gêmeos, a segunda teve trigêmeos e a terceira, um único filho. Considere, para aquele dia, o conjunto das três mães, o conjunto das seis crianças e as seguintes relações: I) A que associa cada mãe ao seu filho. II) A que associa cada filho a sua mãe. III) A que associa cada criança ao seu irmão. São funções: (a) somente a I (b) somente a II (c) somente a III (d) todas (e) nenhuma Gabarito: Nomeando as mães como A, B e C com seus respectivos filhos A1, A2, B1, B2, B3 e C1, temos as situações: i) I não é função, pois tanto a mãe A, como a mãe B possuem duas imagens, contrariando a definição de função. ii) II é função. Cada filho possui somente uma imagem (mãe) e todo filho possui imagem. iii) III não é função. Além de os filhos da mãe A e B possuírem mais de uma imagem (irmãos),o filho da mãe C como único não possui irmão, logo sem imagem. BASES MATEMÁTICAS PARA ENGENHARIA NOTAS DE AULA - PARTE 2 PROF. DRA. DENISE CANDAL Página 12 de 54 7. Considere a função f: A → B representada pelo diagrama a seguir: Determine: a) o domínio (D) de f. b) f(1), f(-3), f(3) e f(2). c) o conjunto imagem (Im) de f. Gabarito: a) D(f) = {1, -3, 3, 2}. (b) f(1) = 1; f(-3) = 9; f(3) = 4; f(2) = 4. c) IM(f) = {1, 4, 9} 8. Na revelação de um filme, uma óptica calcula o preço a ser cobrado usando a fórmula P = 12,00 + 0,50n, onde P é o preço, em reais, a ser cobrado e n é o número de fotos reveladas do filme. a) Quanto pagarei se forem reveladas 22 fotos do meu filme? b) Se paguei R$20,00 pela revelação, qual o total de fotos reveladas? Gabarito: fotosnnnn b RPPPP a 16 5,0 8 .5,08.5,01220 ) 00,23$23111222.5,012 ) 9. (UFRJ) Um videoclube propõe a seus clientes três opções de pagamento: Opção I: R$ 40,00 de taxa de adesão anual, mais R$ 1,20 por DVD alugado. Opção II: R$ 20,00 de taxa de adesão anual, mais R$ 2,00 por DVD alugado. Opção III: R$ 3,00 por DVD alugado, sem taxa de adesão. Um cliente escolheu a opção II e gastou R$ 56,00 no ano. Esse cliente escolheu a melhor opção de pagamento para o seu caso? Justifique sua resposta. Gabarito: .IIIasidoteriaopçãomelhorA 00,5418.3IIIopçãoNa 60,616,214018.20,140IopçãoNa .alugadosfilmes182:36362056IIopçãoNa 10. Dada a função f(x) = 3x + 5, determine: 𝑓(−3)+ 𝑓(0) 𝑓(−2) Gabarito: BASES MATEMÁTICAS PARA ENGENHARIA NOTAS DE AULA - PARTE 2 PROF. DRA. DENISE CANDAL Página 13 de 54 1 1 1 1 54 )2(f )0(f)3(f 1)2(f56)2(f5)2.(3)2(f 5)0(f50)0(f5)0.(3)0(f 4)3(f59)3(f5)3.(3)3(f 11. Encontre o domínio das funções abaixo: a) f(x) = 12x4 x3x.2 2 Gabarito: }3{IR)f(Dou}3x/IRx)f(D 3x12x4012x4 b) y = 3x4²x 55²x.2³x Gabarito: }1,3{IR)y(Dou}1xe3x/IRx{)y(D 1xe3x 2 24 x 1.2 4)4( x43.1.4)²4(03x4²x 21 c) g(x) = 3 5x2 Gabarito: IR. = D(g) Assim, nulos.ou negativos positivos, valoresadmite ela ímpar, índice temraiz a Como d) f(x) = x26 Gabarito: }3x/IRx{)f(D 3x6x26x20x26 :Assim.negativosvaloresadmitenãoela,paríndicetemraizaComo 12. Considere o gráfico da função f abaixo: BASES MATEMÁTICAS PARA ENGENHARIA NOTAS DE AULA - PARTE 2 PROF. DRA. DENISE CANDAL Página 14 de 54 Encontre: a) o domínio. b) os zeros ou raízes. c) os intervalos de crescimento. d) os intervalos onde a função é constante. e) o valor da expressão: E = f(-1) + f(2) – 3.f() + 4.f(4). Gabarito: 4E2.42.320E)e ]4,2)[d ]7,4[]2,1)[c }1){b ]7,1[)f(D)a 13. Considere o gráfico da função f abaixo: Encontre: a) o domínio. b) o conjunto imagem. c) os zeros ou raízes. EXERCÍCIOS PROPOSTOS 1. PM Pará 2012. O gráfico abaixo mostra a produção diária de lixo orgânico de duas pessoas. O dia da semana que o gráfico mostra que as produções de lixo das duas pessoas foram iguais é: a) 2ª feira b) 4ª feira c) 6ª feira d) Sábado e) Domingo BASES MATEMÁTICAS PARA ENGENHARIA NOTAS DE AULA - PARTE 2 PROF. DRA. DENISE CANDAL Página 15 de 54 Repare que existe interseção das linhas azul e vermelha apenas no Domingo, onde cada uma produziu 10 kg de lixo orgânico. 2 PM Pará 2012. O gráfico abaixo mostra que no período de 94 a 95 houve um grande aumento no desmatamento da Amazônia. O aumento aproximado, em porcentagem, desse desmatamento no período de 94 a 95 foi de: a) 95 b) 92 c) 90 d) 88 e) 85 Vamos calcular o crescimento do desmatamento: 29059 – 14896 = 14163 Para calcularmos a porcentagem, basta dividir pelo desmatamento de 94: 14163/14896 = 0,95 = 95% 3. O gráfico, publicado na Folha de S. Paulo de 16.08.2001, mostra os gastos (em bilhões de reais) do governo federal com os juros da dívida pública. BASES MATEMÁTICAS PARA ENGENHARIA NOTAS DE AULA - PARTE 2 PROF. DRA. DENISE CANDAL Página 16 de 54 Pela análise do gráfico, pode-se afirmar que: A) em 1998, o gasto foi de R$ 102,2 bilhões. B) o menor gasto foi em 1996. C) em 1997, houve redução de 20% nos gastos, em relação a 1996. D) a média dos gastos nos anos de 1999 e 2000 foi de R$ 79,8 bilhões. E) os gastos decresceram de 1997 a 1999. Gabarito: D 4. (ENEM) O gráfico anterior mostra as exportações brasileiras de carne suína, em mil toneladas, sinalizando forte tendência de queda no mês de marco de 2006. A partir da análise do gráfico, julgue as afirmações abaixo. I. Se fosse confirmada a tendência de queda apresentada no gráfico, em marco de 2006 o Brasil teria exportado 15 milhões de quilogramas a menos do que exportou em fevereiro de 2006. II. A quantidade de carne exportada em outubro de 2005 foi o dobro da exportada em fevereiro de 2006. III. As exportações de agosto de 2005 e outubro de 2005 totalizaram 130 milhões de quilogramas de carne. É correto apenas o que se afirma em: a) I. b) II. c) III. d) I e III. e) I e II. Gabarito: D 5. (ENEM) A produção agrícola brasileira evoluiu, na última década, de forma diferenciada. No caso da cultura de grãos, por exemplo, verifica-se nos últimos anos um crescimento significativo da produção da soja e do milho, como mostra o gráfico. BASES MATEMÁTICAS PARA ENGENHARIA NOTAS DE AULA - PARTE 2 PROF. DRA. DENISE CANDAL Página 17 de 54 Pelos dados do gráfico e possível verificar que, no período considerado, a produção de alimentos básicos dos brasileiros: a) cresceu muito pouco. b) a produção de feijão foi a maior entre as diversas culturas de grãos. c) a cultura do milho teve taxa de crescimento superior a da soja. d) as culturas voltadas para o mercado mundial decresceram. e) as culturas voltadas para a produção de ração animal não se alteraram. Gabarito: A Aula: 7 Função de 1º Grau Objetivos Ao final desta aula, o aluno deverá ser capaz de: Definir uma função afim e estudar suas particularidades. Esboçar o gráfico de uma função afim. Identificar os pontos notáveis do gráfico de uma função afim. Identificar o domínio e a imagem de uma função afim. Estrutura de Conteúdo UNIDADE 5 - FUNÇÃO AFIM OU POLINOMIAL DO 1º GRAU 5.1. Definição 5.2. Gráfico 5.3. Variação do sinal 5.4. Inequação produto e inequação quociente 5.5. Aplicações PARTE I 1. MOTIVAÇÃO/INTRODUÇÃO Considere uma máquina que fabrica 2 m de corda por minuto. A tabela abaixo descreve a produção dessa máquina em função do tempo. BASES MATEMÁTICAS PARA ENGENHARIA NOTAS DE AULA - PARTE 2 PROF. DRA. DENISE CANDAL Página 18 de 54 Tempo (min) Produção (m) 1 2 2 4 3 6 4 8 5 10 Marcando estes pontos em um gráfico, obtemos: Medindo a produção a cada meio minuto, temos a seguinte tabela: Tempo (min) Produção (m) 0,5 1 1 2 1,5 3 2 4 2,5 5 3 6 3,5 7 4 8 4,5 9 5 10 O gráfico correspondente a estasmedições será: 0 5 10 15 0 1 2 3 4 5 6 P R O D U Ç Ã O ( M ) TEMPO (MIN) 0 2 4 6 8 10 12 0 1 2 3 4 5 6 P R O D U Ç Ã O ( M ) TEMPO (MIN) BASES MATEMÁTICAS PARA ENGENHARIA NOTAS DE AULA - PARTE 2 PROF. DRA. DENISE CANDAL Página 19 de 54 Se diminuirmos mais e mais o intervalo entre as medições, ou seja, a cada 10 segundos, 5 segundos, etc., obteremos mais e mais pontos, e todos numa mesma reta. Podemos dizer que o gráfico abaixo descreve a produção dessa máquina em função do tempo. 2. FUNÇÃO AFIM OU POLINOMIAL DE PRIMEIRO GRAU Toda função do tipo f (x) = ax + b com 𝑎, 𝑏 ∈ 𝑅 e a 0 é chamada de função do 1o grau ou função afim. Exemplos: (a) y = 3x + 1 (b) y = x – 5 (c) y = 4x (d) 𝑦 = 𝑥 3 + 1 2 (e) Um motorista de táxi cobra R$ 3,50 de bandeirada (valor fixo) mais R$ 0,70 por quilômetro rodado (valor variável). Podemos descrever o valor da corrida (y) em função da quantidade de quilômetros rodados (x): y=3,50+0,70x. A função do 1o grau y = ax + b na qual b = 0 recebe o nome particular de função LINEAR. Exemplos. (a) y = 4x (b) 𝑦 = 𝑥 5 3. GRÁFICO DE UMA FUNÇÃO AFIM O gráfico de uma função de primeiro grau é uma reta. Para construirmos o gráfico de uma reta precisamos representar dois pontos distintos da função no plano cartesiano e traçar a reta que passa por eles. Basta que escolhamos dois valores para x e determine os valores de y correspondentes. 4. RAIZ DA FUNÇÃO AFIM Para determinarmos o ponto de interseção do gráfico da função com o eixo Ox, precisamos determinar a abscissa desse ponto. Basta substituirmos 𝑦 = 0 na expressão da reta. 0 2 4 6 8 10 12 0 1 2 3 4 5 6 P R O D U Ç Ã O ( M ) TEMPO (MIN) BASES MATEMÁTICAS PARA ENGENHARIA NOTAS DE AULA - PARTE 2 PROF. DRA. DENISE CANDAL Página 20 de 54 𝑦 = 𝑎𝑥 + 𝑏 0 = 𝑎𝑥 + 𝑏 𝑎𝑥 = −𝑏 𝑥 = − 𝑏 𝑎 Assim, o ponto de interseção da reta associada à função afim com o eixo 0𝑥 é (-b/a , 0). Este ponto é chamado de raiz ou zero da função afim. Exemplo. Determine a raiz da função f (x) = 3x + 5. 3𝑥 + 5 = 0 → 3𝑥 = −5 → 𝑥 = − 5 3 5. INTERSECÇÃO DO GRÁFICO DE UMA FUNÇÃO AFIM COM O EIXO 0y A ordenada do ponto de interseção do gráfico da função afim com o eixo Oy é obtida substituindo x=0 na expressão da reta: 𝑦 = 𝑎𝑥 + 𝑏 → 𝑦 = 𝑎(0) + 𝑏 → 𝑦 = 𝑏 Assim, o ponto de interseção da reta associada à função afim com o eixo Oy é (0,b). Exemplo. Determine a ordenada do ponto de intersecção da reta 𝑦 = −5𝑥 + 15 com o eixo 0𝑦. Resolução. 𝑦 = −5(0) + 15 ⇒ 𝑦 = 15. A reta corta o eixo 0𝑦 no ponto (0,15). 6. COEFICIENTES ANGULAR E LINEAR DE UMA FUNÇÃO AFIM Observe o gráfico da função afim 𝑦 = 𝑎𝑥 + 𝑏. Geometricamente, o parâmetro 𝑎 é chamado de coeficiente angular 𝑎 = ∆𝑦 ∆𝑥 = 𝑦2 − 𝑦1 𝑥2 − 𝑥1 O parâmetro 𝑏 é chamado de coeficiente linear. (interseção com o eixo Oy) Exemplo. Determine o coeficiente angular da reta que passa pelos pontos (-1,3) e (-2,4). Calculando o coeficiente angular: 𝑎 = (4 − 3) (−2) − (−1) = 1 −1 = −1 BASES MATEMÁTICAS PARA ENGENHARIA NOTAS DE AULA - PARTE 2 PROF. DRA. DENISE CANDAL Página 21 de 54 PARTE II 1. CRESCIMENTO E DECRESCIMENTO Função Afim Crescente. A função do 1o grau f (x) = ax + b é crescente se, e somente se, a > 0. Exemplo: A função f (x) = 2x – 8 é crescente, pois o coeficiente de x (2) é positivo. Função Afim Decrescente. A função do 1o grau f (x) = ax + b é crescente se, e somente se, a < 0. Exemplo: A função f (x) = – 2x + 4 é decrescente, pois o coeficiente de x (-2) é negativo. 2. ESTUDO DA VARIAÇÃO DE SINAL DA FUNÇÃO DO 1O GRAU ATRAVÉS DE SEU GRÁFICO Estudar o sinal da função do 1o grau y = ax + b é determinar os valores reais de x para os quais se tenha y < 0, y = 0 ou y > 0. Sabemos que y = 0 se 𝑥 = − 𝑏 𝑎 . Para conhecermos os valores de x de modo que se tenha y < 0 ou y > 0, devemos considerar o sinal do coeficiente a. 1o caso: a > 0 Se a > 0, a função é crescente. Nesse caso temos: 𝑥 < − 𝑏 𝑎 ⇒ 𝑦 < 0 ( função negativa) 𝑥 > − 𝑏 𝑎 ⇒ 𝑦 > 0 ( função positiva) A forma do gráfico de f é: 2o caso: a < 0 Se a < 0, a função é decrescente. Nesse caso temos: 𝑥 < − 𝑏 𝑎 ⇒ 𝑦 > 0 ( função positiva) 𝑥 > − 𝑏 𝑎 ⇒ 𝑦 < 0 ( função negativa) A forma do gráfico de f é: Exemplo. Construir o gráfico da função f (x) = – 2x – 6 e discutir a variação de sinal de f com o auxílio do gráfico. BASES MATEMÁTICAS PARA ENGENHARIA NOTAS DE AULA - PARTE 2 PROF. DRA. DENISE CANDAL Página 22 de 54 x y 0 -6 -3 0 Para: x < -3 y > 0 (a função é positiva) x > -3 y < 0 (a função é negativa) 3. INEQUAÇÃO PRODUTO Sendo x R, consideremos os números 2x + 4 e 6 – 3x. Para que valores de x o produto desses números é positivo? Para respondermos a essa pergunta, devemos resolver a inequação (2x + 4)(6 – 3x) > 0. Chama-se de “inequação produto” toda inequação apresentada em uma das seguintes formas: f (x) g (x) > 0 f (x) g (x) 0 f (x) g (x) < 0 f (x) g (x) 0 f (x) g (x) 0 em que f e g são funções quaisquer. Exemplo: (a) (2x + 4)(6 – 3x) > 0 (b) (5x – 10)(6 – x)(3x – 15) 0 (c) (2x – 3)2(1 – x)3(2 – 8x) < 0 Exemplo. Resolver em R a inequação (2x + 4)(6 – 3x) > 0. Estudando a variação de sinal de cada uma das funções f (x) = 2x + 4 e g (x) = 6 – 3x, temos: f (x) = 2x + 4. raiz de f : 2x + 4 = 0 x = - 2 variação de sinal da função f : a > 0 f é crescente g (x) = 6 – 3x: BASES MATEMÁTICAS PARA ENGENHARIA NOTAS DE AULA - PARTE 2 PROF. DRA. DENISE CANDAL Página 23 de 54 raiz de g : 6 – 3x = 0 x = 2 variação de sinal da função g : a < 0 g é decrescente Representando no eixo real a variação de sinal de f, g e f.g, temos: Obtivemos os sinais na última linha, aplicando a regra de sinais para o produto fg. Como nos interessa que esse produto seja positivo, (2x + 4)( 6 – 3x) > 0, temos que o conjunto solução é: S = {x R | -2 < x < 2} ou S = ]-2, 2[ 4. INEQUAÇÃO QUOCIENTE Chama-se de “inequação quociente” toda inequação apresentada em uma das seguintes formas: (x) g (x) f > 0, (x) g (x) f 0, (x) g (x) f < 0, (x) g (x) f 0, (x) g (x) f 0 em que f e g são funções quaisquer, com g não identicamente nula. Exemplos: (a) 3 -x 2 < 0 (b) 1 -x 3-2x 0 (c) 1 -3x x)- 1) (2x 45 3( 0 Exemplo. Resolver em R a inequação 1 -x 3-2x 0. I. Condição de existência: x – 1 0 x 1 Estudando a variação de sinal de cada uma das funções f (x) = 2x – 3 e g (x) = x – 1, temos: II. f (x) = 2x – 3: raiz de f : 2x – 3 = 0 x = 2 3 BASES MATEMÁTICAS PARA ENGENHARIA NOTAS DE AULA - PARTE 2 PROF. DRA. DENISE CANDAL Página 24 de 54 variação de sinal da função f : a > 0 f é crescente III. g (x) = x – 1: raiz de g : x – 1 = 0 x = 1 variação de sinal da função g : a >0 g é crescente Representando no eixo real a variação de sinal de f, g e f/g, temos: Os sinais na última linha foram obtidos através da regra de sinais para o quociente f /g. Como nos interessa que quociente seja não-positivo, 1 -x 3-2x 0, temos que o conjunto solução é: S = {x R | 1 < x 2 3 } ou S = ]1, 2 3 ] Note que o intervalo deve ser aberto à esquerda, pois, pela condição de existência, x 1. Sugestão de vídeo KHAN : FUNÇÃO AFIM http://www.youtube.com/watch?v=YDuTlN5LPFk KHAN : CONSTRUÇÃO DE GRAFICO http://www.youtube.com/watch?v=beaUIB3PeY4 Sugestão de software online: Gráficos http://www.somatematica.com.br/softOnline/ComportamentoFuncoes/funcoes.html Avaliação 1. A função real de variável real, definida por 𝑓(𝑥) = (3 − 2𝑎)𝑥 + 2 é crescente quando: a) a > 0 b) a < 3/2 c) a = 3/2 d) a >3/2 e) a < 3 Resolução. A função afim é crescente quando o coeficiente angular for positivo. 3 – 2a > 0 => – 2a > – 3 => 2a < 3 => a < 3/2. 2. A função f é definida por f(x) = ax + b. Sabe-se que f(-1) = 3 e f(1) = 1. O valor de f(3) é: BASES MATEMÁTICAS PARA ENGENHARIA NOTAS DE AULA - PARTE 2 PROF. DRA. DENISE CANDAL Página 25 de 54 a) 0 b) 2 c) - 5 d) - 3 e) – 1 3. Na produção de peças, uma indústria tem um custo fixo de R$ 8,00 mais um custo variável de R$ 0,50 por unidade produzida. Sendo x o número de unidades produzidas: a) escreva a lei da função que fornece o custo total de x peças. b) calcule o custo para 100 peças. Gabarito. a) C(x) = 0,5x + 8. b) O custo de 100 peças é o valor de C(100) = 0,5(100) + 8 = R$58,00. 4. A função f: R → R definida por y = f(x) = ax + b tem o gráfico esboçado. O coeficiente linear e o zero da função são, respectivamente: a) 3 e 3 b) 5 e 3 c) 3 e 5 d) 5 e 5 e) 5/3 e 3/5 Resolução. 5. O gráfico da função y = 5x + m – 1 corta o eixo y no ponto de ordenada 3. Determine o valor de m. Resolução. BASES MATEMÁTICAS PARA ENGENHARIA NOTAS DE AULA - PARTE 2 PROF. DRA. DENISE CANDAL Página 26 de 54 Substituindo os valores na lei da função, temos: 413m1m)0(531mx5y)3,0(P . 6. (FAAP). Medições realizadas mostram que a temperatura no interior da Terra aumenta, aproximadamente, 3ºC a cada 100m de profundidade. Num certo local, a 100m de profundidade, a temperatura e de 25ºC. Nessas condições, podemos afirmar que a temperatura a 1500m de profundidade e: a) 7ºC b) 45ºC c) 42ºC d) 60ºC e) 67ºC Resolução. P(100m, 25ºC) e Q(200m, 28ºC) são dois pontos, pois aumentando 100m, a temperatura passa de 25º para (25º + 3º) = 28ºC. Substituindo na função afim, temos: 7. (Unioeste 2013). Uma empresa de telefonia celular possui somente dois planos para seus clientes optarem entre um deles. No plano A, o cliente paga uma tarifa fixa de R$ 27,00 e mais R$ 0,50 por minuto de qualquer ligação. No plano B, o cliente paga uma tarifa fixa de R$ 35,00 e mais R$ 0,40 por minuto de qualquer ligação. É correto afirmar que, para o cliente, a) com 50 minutos cobrados, o plano B é mais vantajoso que o plano A. b) a partir de 80 minutos cobrados, o plano B é mais vantajoso que o plano A. c) 16 minutos de cobrança tornam o custo pelo plano A igual ao custo pelo plano B. d) o plano B é sempre mais vantajoso que o plano A, independente de quantos minutos sejam cobrados. e) o plano A é sempre mais vantajoso que o plano B, independente de quantos minutos sejam cobrados. Resolução. Preço da ligação do plano A: AP 27 0,5t Preço da ligação do plano B: BP 35 0,4t, em que t é o tempo da ligação em minutos. Fazendo PA = PB, temos: 27 0,5t 35 0,4t 0,1 t 8 t 80min. Graficamente temos: BASES MATEMÁTICAS PARA ENGENHARIA NOTAS DE AULA - PARTE 2 PROF. DRA. DENISE CANDAL Página 27 de 54 Analisando o gráfico concluímos que a partir de 80 minutos cobrados, o plano B é mais vantajoso que o plano A. Resposta: B 8. Dentre as curvas a seguir, qual pode ser o gráfico de uma função injetora y=f(x)? Solução. Repare nas retas paralelas aos eixos. Resposta: Letra (e) 9. Considere as funções f, g e h, todas definidas em [m, n] com imagens em [p, q] representadas através dos gráficos a seguir: BASES MATEMÁTICAS PARA ENGENHARIA NOTAS DE AULA - PARTE 2 PROF. DRA. DENISE CANDAL Página 28 de 54 Pode-se afirmar que: a) f é bijetiva, g é sobrejetiva e h não é injetiva. b) f é sobrejetiva, g é injetiva e h não é sobrejetiva. c) f não é injetiva, g é bijetiva e h é injetiva. d) f é injetiva, g não é sobrejetiva e h é bijetiva. e) f é sobrejetiva, g não é injetiva e h é sobrejetiva. EXERCÍCIOS SUGERIDOS 1. Construir o gráfico da função f (x) = 2x – 4 e discutir a variação de sinal de f com o auxílio do gráfico. x y 0 -4 2 0 Para: x < 2 y < 0 (a função é negativa) x > 2 y > 0 (a função é positiva) 2. Resolver em R a inequação 3 -x 2 < 0. I. Condição de existência: x – 3 0 x 3. Solução. i) No 1º gráfico cada elemento de y [p, q] está relacionado a um único x [m, n] e, além disso, todos assim estão. Logo f(x) é injetiva e sobrejetiva. Portanto bijetiva. ii) O 2º gráfico apresenta um intervalo constante (reta paralela ao eixo x). Logo há mais de um “x” com a mesma imagem. Não é injetiva, mas como todo o intervalo [p, q] possui correspondente, é sobrejetiva. iii) O 3º gráfico possui também uma reta paralela ao eixo x e há elementos em [p, q] sem correspondentes. Logo não é injetiva. Resposta: Letra (a) BASES MATEMÁTICAS PARA ENGENHARIA NOTAS DE AULA - PARTE 2 PROF. DRA. DENISE CANDAL Página 29 de 54 II. Como o numerador de 3 -x 2 é positivo, a fração será negativa se, e somente se, o denominador for negativo, ou seja: x – 3 < 0 x < 3. Representando no eixo real a variação de sinal de f (x) = x – 3 e 2/ f (x), temos: Como nos interessa que 3 -x 2 < 0, temos que o conjunto solução é: S = {x R | x < 3} ou S = ]-, 3[ 3. Determinar o domínio da função f (x) = x4 52x . O domínio de f é o conjunto formado por todos os valores reais x de modo que f (x) R. Para garantirmos a existência de f (x), impomos x4 52x 0. I. Condição de existência da fração: 4 – x 0 x 4. Estudando a variação de sinal de cada uma das funções g (x) = 2x – 5 e h (x) = 4 – x, temos: II. g (x) = 2x – 5: raiz de g : 2x – 5= 0 x = 2 5 variação de sinal da função g : a > 0 g é crescente III. h (x) = 4 – x: raiz de h : 4 – x = 0 x = 4 variação de sinal da função h : a < 0 h é decrescente Representando no eixo real a variação de sinal de g, h e g /h, temos: BASES MATEMÁTICAS PARA ENGENHARIA NOTAS DE AULA - PARTE 2 PROF. DRA. DENISE CANDAL Página 30 de 54 Logo, o conjunto solução, ou seja, o domínio da função f (x) = x4 52x é: 4. Resolver em R a inequação (2x – 8)(6 – 3x) 0. Para que o produto de dois fatores seja diferente de zero, é necessário e suficiente que cada fatorseja diferente de zero. Assim, temos que: (2x – 8)(6 – 3x) 0 2x e 4x 0 6 3x - e 0 8 -2x Logo, o conjunto solução da inequação é: S = { x R | x 2 e x 4} Aula: 8 Função Quadrática Objetivos Ao final desta aula, o aluno deverá ser capaz de: · Identificar uma função de segundo grau; · Identificar, construir e analisar o gráfico de função de segundo grau; · Estudar a variação de sinal de função de segundo grau; · Resolver equações e inequações de segundo grau. Estrutura de Conteúdo UNIDADE 6 - FUNÇÃO QUADRÁTICA OU POLINOMIAL DO 2º GRAU 6.1. Definição 6.2. Gráfico 6.3. Pontos notáveis da parábola 6.4. Variação de sinal 6.5. Inequação do 2º grau 6.6. Inequação produto e inequação quociente 6.7. Aplicações 6.8. Máximos e Mínimos BASES MATEMÁTICAS PARA ENGENHARIA NOTAS DE AULA - PARTE 2 PROF. DRA. DENISE CANDAL Página 31 de 54 A função quadrática é um ótimo exemplo para uma série de situações problemas das mais variadas. Seu aspecto gráfico (a parábola) é bastante conhecido e, nesta aula, a fim de construirmos e analisarmos os gráficos de funções de segundo grau, começaremos obtendo e estudando os pontos notáveis da parábola. 1. FUNÇÃO QUADRÁTICA Toda função do tipo y = ax2 + bx + c, com {a, b, c} R e a 0, é chamada de função quadrática ou função do 2 o grau. Exemplos: (a) y = 3x2 – x – 2 (b) f (x) = 4x2 – 2 (c) f (x) = 2 x 3 5x2 (d) y = x2 O gráfico de uma função do tipo f (x) = ax2 + bx + c, com {a, b, c} R e a 0, é uma parábola. A parábola pode ter concavidade para cima ou para baixo. Considerando a parábola de equação 𝑓(𝑥) = 𝑎𝑥2 + 𝑏𝑥 + 𝑐, Se 𝑎 > 0, a parábola possui concavidade para cima. Se 𝑎 < 0, a parábola possui concavidade para baixo. 2. PONTOS NOTÁVEIS DA PARÁBOLA Alguns pontos da parábola, por facilitarem a construção do gráfico da função do 2o grau, merecem destaque. Vejamos quais são eles. Intersecção com o eixo Ox Para obtê-los a partir de y = ax2 + bx + c, basta atribuirmos o valor zero à variável y e resolver a equação: ax2 + bx + c = 0. (I) Utilizamos a fórmula de Bhaskara, x = 2a b , onde = b2 – 4ac. Se a equação (I) tiver > 0, então terá duas raízes reais e distintas: x1 x2. Assim, os pontos de intersecção da parábola com o eixo Ox são (x1, 0) e (x2, 0). Se a equação (I) tiver = 0, então terá duas raízes reais e iguais: x1 = x2. Assim, a parábola será tangente ao eixo Ox no ponto de abscissa x1 = x2. Se a equação (I) tiver < 0, então não terá raízes reais. Assim, a parábola não terá ponto em comum com o eixo Ox. Resumindo esquematicamente: BASES MATEMÁTICAS PARA ENGENHARIA NOTAS DE AULA - PARTE 2 PROF. DRA. DENISE CANDAL Página 32 de 54 Exemplo: (a) y = 2x2 – x – 1, pontos de intersecção de seu gráfico com o eixo Ox: 2x2 – x – 1 = 0. = b2 – 4ac = (-1)2 – 4 2 (-1) = 9. Como > 0, a parábola intercepta o eixo Ox em dois pontos distintos: (x1, 0) e (x2, 0), onde x1 e x2 são as raízes da equação. Determinando x1 e x2, temos: x = x = 22 9 1)( - x1 = 1, x2 = – 2 1 Sabemos ainda que o coeficiente de x2 é positivo (a > 0); logo, a parábola tem concavidade voltada para cima: 2a b - 1 2 1 y x BASES MATEMÁTICAS PARA ENGENHARIA NOTAS DE AULA - PARTE 2 PROF. DRA. DENISE CANDAL Página 33 de 54 (b) f (x) = – 4x2 – 12x – 9, fazendo f (x) = 0, ou seja, – 4x2 – 12x – 9 = 0, obtemos as raízes de f. Temos: = b2 – 4ac = (-12)2 – 4(-4)(-9) = 0. Como = 0, temos duas raízes reais e iguais (x1 = x2). Portanto a parábola tangencia o eixo Ox no ponto de abscissa x1 = x2. Determinando essas raízes, temos: x = x = )4( 2 0 12)(- x1 = x2 = – 2 3 O coeficiente de x2 é negativo (a < 0); logo, a parábola tem concavidade voltada para baixo: (c) y = 2x2 + x + 1, fazendo y = 0, temos 2x2 + x + 1 = 0. Temos: = b2 – 4ac = (1)2 – 4 2 1 = - 7. Como < 0, a equação não possui raízes reais. Isso significa que a parábola correspondente ao gráfico da função não tem ponto comum com o eixo Ox. Sabemos ainda que o coeficiente de x2 é positivo (a > 0); logo, a parábola tem concavidade voltada para cima: x O ponto de intersecção da parábola com o eixo Oy Para obtê-lo a partir de y = ax2 + bx + c, basta atribuirmos o valor zero à variável x: y = a 02 + b 0 + c y = c Assim, o ponto de intersecção da parábola com o eixo Oy é (0, c). Exemplo: Para esboçar o gráfico da função y = x2 – 6x + 5, vamos obter os pontos de intersecção com os eixos Ox e Oy. Fazendo y = 0, temos x2 – 6x + 5 = 0. = b2 – 4ac = (-6)2 – 4 1 5 = 16. Logo, x = x = - (-6) 16 2 1 x1 = 5, x2 = 1 Portanto, a parábola intercepta o eixo Ox nos pontos (5, 0) e (1, 0). Fazendo x = 0, temos y = 02 – 6 0 + 5 y = 5. 2a b - 3 2 y x 2a b BASES MATEMÁTICAS PARA ENGENHARIA NOTAS DE AULA - PARTE 2 PROF. DRA. DENISE CANDAL Página 34 de 54 Então, a parábola intercepta o eixo Oy no ponto (0, 5). O esboço do gráfico é: 1 y x 5 5 O vértice da parábola Outro ponto notável da parábola é o seu vértice. O vértice V é o ponto de intersecção da parábola com seu eixo de simetria e. O vértice V(xv, yv) da parábola de equação y = ax 2 + bx + c, com {a, b, c} R e a 0, é o ponto V b 2a 4a , , onde D = b2 – 4ac. Exemplo: No exemplo anterior, vimos o esboço gráfico da função y = x2 – 6x + 5. Traçando o eixo de simetria e dessa parábola, vemos que seu vértice V pertence a e, conforme abaixo: A abscissa de V é o ponto médio do segmento de extremos (1, 0) e (5, 0), ou seja, x = 3. Substituindo x por 3, obtemos a ordenada do vértice: y = 32 – 6 3 + 5 y = -4. Portanto, o vértice da parábola é o ponto V(3, -4). 3. MÁXIMO E MÍNIMO DE UMA FUNÇÃO Seja f uma função real de variável real. A função f admite valor máximo se, e somente se, existe xmax, xmax D ( f ), tal que: f (xmax) f (x), x, x D ( f ). O número f (xmax) é chamado de valor máximo da função f . O número xmax é chamado de ponto de máximo da função f. Seja f uma função real de variável real. A função f admite valor mínimo se, e somente se, existe xmin, xmin D ( f ), tal que: f (xmin) f (x), x, x D ( f ). O número f (xmin) é chamado de valor mínimo da função f . O número xmin é chamado de ponto de mínimo da função f. BASES MATEMÁTICAS PARA ENGENHARIA NOTAS DE AULA - PARTE 2 PROF. DRA. DENISE CANDAL Página 35 de 54 4. CONCEITO DE MÁXIMO E MÍNIMO APLICADO À FUNÇÃO DO 2O GRAU Seja f : R R tal que f (x) = ax2 + bx + c, com {a, b, c} R e a 0. f admite valor de máximo se, e somente se, a < 0. Seu valor de máximo é yv = 4a e seu ponto de máximo é xv = b 2a . f admite valor de mínimo se, e somente se, a > 0. Seu valor de mínimo é yv = e seu ponto de mínimo é xv = . Note que estes pontos de mínimo e máximo correspondem respectivamente aos vértices, quando a > 0 (mínimo) ou a < 0 (máximo). Resumo: a < 0 a > 0 -b/2a y x -/4a -b/2a y x -/4a Exemplo: Determine o valor mínimo e o ponto de mínimo da função y = 2x2 +2x + 1. 4a b 2a BASES MATEMÁTICAS PARA ENGENHARIA NOTAS DE AULA - PARTE 2 PROF. DRA. DENISE CANDAL Página 36 de 54 O valor mínimo é yv = , com = b2 – 4ac. Para a função em questão, a = 2, b = 2 e c = 1. Então, = 22 – 4 x 2 x 1 = – 4. Logo yv = 4 4 x 2 yv = 1 2 . O ponto de mínimo é xv = b 2a . Para a função em questão, a = 2, b = 2 e c = 1. Então, xv = 2 2 x 2 xv = – . 5. VARIAÇÃO DE SINAL DE UMA FUNÇÃO DO 2O GRAU De um modo geral, a discussão da variação de sinal de uma função do 2o grau, f (x) = ax2 + bx + c, recairá sempre em um dos seguintes casos: Exemplo: (d) Dada a função do 2o grau y = 2x2 – x – 1, obtemos os pontos de intersecção de seu gráfico com o eixo Ox, atribuindo o valor zero à variável y e resolvendo a equação 2x2 – x – 1 = 0. Calculando primeiro o valor de , temos: = b2 – 4ac = (-1)2 – 4 2 (-1) = 9. Como > 0, a parábola intercepta o eixo Ox em dois pontos distintos: (x1, 0) e (x2, 0), onde x1 e x2 são as raízes da equação. Determinando x1 e x2, temos: 4a 1 2 BASES MATEMÁTICAS PARA ENGENHARIA NOTAS DE AULA - PARTE 2 PROF. DRA. DENISE CANDAL Página 37 de 54 x = 2a b x = 22 9 1)( - x1 = 1, x2 = – 2 1 Sabemos ainda que o coeficiente de x2 é positivo (a > 0); logo, a parábola tem concavidade voltada para cima. O valor da função será negativo para o intervalo do domínio ] -1/2, 1[ e positivo, para ] - , - 1/2[ ] 1, + [. - 1 2 1 y x Sugestão de vídeos: Khan academy: discriminante http://www.youtube.com/watch?v=QDd76yL-xaA Novo telecurso: Raízes http://www.youtube.com/watch?v=BcUQSUvNASU Sugestão de leitura: Bhaskara http://www.somatematica.com.br/biograf/bhaskara.php Avaliação 1) Calcular os zeros das seguintes funções: a) f(x) = x2 - 3x – 10 b) f(x) = – x2 – x + 12 c) f(x) = – x2 + 4x – 4 d) f(x) = 36x2 + 12x + 1 Resolução. a) }5,2{S 2 2 73 x 5 2 73 x 2 73 2 493 2 4093 )1(2 )10)(1(4)3()3( x010x3x0)x(f 2 1 2 2 . b) }3,4{S 3 2 71 x 4 2 71 x 2 71 2 491 2 4811 )1(2 )12)(1(4)1()1( x012xx0)x(f 2 1 2 2 . BASES MATEMÁTICAS PARA ENGENHARIA NOTAS DE AULA - PARTE 2 PROF. DRA. DENISE CANDAL Página 38 de 54 c) 0,2pontonoXeixoogenciatanparábolaacasoNeste.2S 2 2 04 2 16164 )1(2 )4)(1(4)4()4( x04x4x0)x(f 2 2 . d) 0, 6 1 pontonoXeixoogenciatanparábolaacasoNeste. 6 1 S 6 1 72 012 72 14414412 )36(2 )1)(36(4)12()12( x01x12x360)x(f 2 2 . 2. Calcular m para que: a) a função f(x) = (m – 3)x2 + 4x – 7 seja côncava para cima. Resolução. m – 3 > 0 m > 3. b) a função f(x) = (2m + 8)x2 – 2x + 1 seja côncava para baixo. Resolução. 2m + 8 < 0 2m < -8 m < - 4. c) a função f(x) = (m2 – 4)x2 – 4x + 3 seja quadrática. Resolução. ax² + bx + c = 0, com a ≠ 0. m² - 4 ≠ 0 m ≠ 2 e m ≠ – 2. 3. (UFMG) Sendo f : R R uma função definida por f(x) = x2 –1, calcule: a) 2 1 f b) 21f Resolução. a) 4 3 1 4 1 1 2 1 2 1 f 2 . b) 2221222112121f 2 . 4. (PUC) A função quadrática y = (m2 – 4)x2 – (m + 2)x – 1 está definida quando: a) m 4 b) m 2 c) m -2 d) m = -2 ou +2 e) m 2 Resolução. m2 – 4 ≠ 0 => m2 ≠ 4 => m ≠ ±2. 5. (MACK) O ponto (k, 3k) pertence à curva dada por f(x) = x2 – 2x + k; então, k pode ser: a) -2 b) -1 c) 2 d) 3 e) 4 Resolução. BASES MATEMÁTICAS PARA ENGENHARIA NOTAS DE AULA - PARTE 2 PROF. DRA. DENISE CANDAL Página 39 de 54 f(k) = k2 – 2k + k => 3k = k2 – k => k2 – 4k = 0 => k(k – 4) = 0 => k = 0 ou k = 4. 6. (FUVEST) O gráfico de f(x) = x2 + bx + c, onde b e c são constantes, passa pelos pontos (0,0) e (1,2). Então f(-2/3) vale: a) 9 2 b) 9 2 c) 4 1 d) 4 1 e) 4 Resolução. 9 2 3 2 9 4 3 2 3 2 3 2 fxx)x(f 1bb120)1(b11f c0c)0(b00f 2 2 2 2 . SUGESTÃO DE EXERCÍCIOS 1. (UCMG) O valor máximo da função f(x) = -x2 + 2x + 2 é: a) 2 b) 3 c) 4 d) 5 e) 6 Resolução. 3 4 12 4 84 )1.(4 )2).(1.(4)2( a4 y 2 V . 2. (UFRRJ) O custo de produção de um determinado artigo é dado por C(x) = 3x2 – 15x + 21. Se a venda de x unidades é dada por V(x) = 2x2 + x, para que o lucro L(x) = V(x) – C(x) seja máximo, devem ser vendidas: a) 20 unidades b) 16 unidades c) 12 unidades d) 8 unidades E) 4 unidades Resolução. L(x) = 2x2 + x – (3x2 – 15x + 21) = 2x2 + x – 3x2 + 15x – 21 = – x2 + 16x – 21. 8 2 16 )1(2 16 a2 b x V . 3. Nas funções abaixo, calcule as coordenadas do vértice, dizendo se este é ponto de máximo ou mínimo. a) f(x) = x2 – 4x + 3 b) f(x) = – x2 – x + 2 c) f(x) = 4x2 + 4x + 1 Resolução. a) mínimo1,2 4 1216 , 2 4 )1(4 )3)(1(4)4( , )1(2 )4( a4 ac4b , a2 b V 3c 4b 01a 3x4x)x(f 22 2 b) máximo 4 9 , 2 1 4 81 , 2 1 )1(4 )2)(1(4)1( , )1(2 )1( V 2c 1b 01a 2xx)x(f 2 2 . BASES MATEMÁTICAS PARA ENGENHARIA NOTAS DE AULA - PARTE 2 PROF. DRA. DENISE CANDAL Página 40 de 54 c) mínimo0, 2 1 )4(4 1616 , 2 1 )4(4 )1)(4(4)4( , )4(2 )4( a4 ac4b , a2 b V 1c 4b 04a 1x4x4)x(f 22 2 4. (F.C.CHAGAS) A função real f, de variável real, dada por f(x) = -x2 + 12x + 20, tem um valor: a) mínimo igual a –16, para x = 6 b) mínimo igual a 16, para x = -12 c) máximo igual a 56, para x = 6 d) máximo igual a 72, para x = 12 e) máximo igual a 240,para x = 20. Resolução. 56,6 4 224 ,6 4 80144 ,6 )1.(4 )20).(1.(4)12( , )1(2 )12( a4 , a2 b V 2 5. (F.C.CHAGAS) Seja a função f, de R em R, definida por f(x) = 2x2 – 24x +1. O valor mínimo de f é: a) 73 b) 71 c) –71 d) –73 e) –79 Resolução. 71 8 568 8 8576 )2.(4 )1).(2.(4)24( a4 y 2 V . 6. (PUC) Considere um terreno retangular que pode ser cercado com 50m de corda. A área desse terreno expressa como função do comprimento x de um dos lados é: a) A(x) = -x2 + 25x para x 0 b) A(x) = -x2 + 25x para 0 < x < 25 c) A(x) = -3x2 + 50x para x 0 d) A(x) = -3x2 + 50x para 0 < x < 50/3 Resolução. Área do terreno: A = x.y Perímetro utilizando a fórmula 2P = 2x + 2y. A corda de comprimento 50m corresponde a esse perímetro. 2x + 2y = 50 => x + y = 25. A(x) = x.y e y = 25 – x. A(x) = x.(25 – x) = – x2 + 25x. O valor de y não pode ser 25, pois nesse caso x = 0, nem negativo, pois é dimensão. Logo, 25 – x > 0 => 25 > x ou x < 25. E x > 0. 7. (FGV) Uma parede de tijolos será usada como um dos lados de um muro retangular. Para os outros lados iremos usar 400 m de tela de arame, de modo a produzir uma área máxima. Qual o quociente do lado menor pelo maior? Resolução. Temos três dimensões restantes, duas de mesma medida. A tela cercará a medida da soma (x + x + y). A área será A = xy. BASES MATEMÁTICAS PARA ENGENHARIA NOTAS DE AULA - PARTE 2 PROF. DRA. DENISE CANDAL Página 41 de 54 2 1 200 100 ,Logo.200)100(2400y100 )2(2 )400( a2 b xA x400x2Ax2400.xA y.xA x2400y400yx2 MáximaoMáxima 2 . 8. (UFSCAR) Uma bola ao ser chutada num tiro de meta por um goleiro, numa partida de futebol, teve sua trajetória descrita pela equação h(t) = – 2t² + 8t (t 0), onde t é o tempo medido em segundos e h(t) é a altura em metros da bola no instante t. Determine, após o chute: a) o instante em que a bola retornará ao solo. Resolução. O instante em que a bola retorna é o tempo em que ficou no ar. O tempo será o ponto onde o gráfico intersecta o eixo das abscissas (t): s4t elincompatív0t 0)4t(t20t8t2 0)t(h t8t2)t(h 2 2 . b) a altura máxima atingida pela bola. Resolução. m8 8 64 )2(4 )0)(2(4)8( )t(h a4 )t(h t8t2)t(h 2 Máxima Máxima 2 . EXERCÍCIOS PROPOSTOS 1. (UFRN 2013) Uma empresa de tecnologia desenvolveu um produto do qual, hoje, 60% das peças são fabricadas no Brasil, e o restante é importado de outros países. Para aumentar a participação brasileira, essa empresa investiu em pesquisa, e sua meta é, daqui a 10 anos (considere que o ano de partida seja o de 2012), produzir, no Brasil, 85% das peças empregadas na confecção do produto. Com base nesses dados e admitindo-se que essa porcentagem varie linearmente com o tempo contado em anos, o percentual de peças brasileiras na fabricação desse produto será superior a 95% a partir de a) 2027. b) 2026. c) 2028. d) 2025. Resolução. Partindo do ano de 2012 (t=0) e sabendo que a variação do percentual com o tempo é linear, considere a função definida por p(t)=at+b em que p(t) afere o percentual de peças fabricadas no Brasil daqui a t anos. A taxa de variação da função p é dada por 85 60 5 a . 10 0 2 Logo, 5 p(t) t 60. 2 Os valores de t, para os quais o percentual de peças brasileiras na fabricação do produto é superior a 95%, são tais que 5 t 60 95 t 14. 2 BASES MATEMÁTICAS PARA ENGENHARIA NOTAS DE AULA - PARTE 2 PROF. DRA. DENISE CANDAL Página 42 de 54 Portanto, o percentual de peças produzidas no Brasil superará 95% a partir do ano de 2012 15 2027. Resposta: A. 2. (Unioeste 2013) Uma empresa de telefonia celular possui somente dois planos para seus clientes optarem entre um deles. No plano A, o cliente paga uma tarifa fixa de R$ 27,00 e mais R$ 0,50 por minuto de qualquer ligação. No plano B, o cliente paga uma tarifa fixa de R$ 35,00 e mais R$ 0,40 por minuto de qualquer ligação. É correto afirmar que, para o cliente, a) com 50 minutos cobrados, o plano B é mais vantajoso que o plano A. b) a partir de 80 minutos cobrados, o plano B é mais vantajoso que o plano A. c) 16 minutos de cobrança tornam o custo pelo plano A igual ao custo pelo plano B. d) o plano B é sempre mais vantajoso que o plano A, independente de quantos minutos sejam cobrados. e) o plano A é sempre mais vantajoso que o plano B, independente de quantos minutos sejam cobrados. Resolução. Preço da ligação do plano A: AP 27 0,5t Preço da ligação do plano B: BP 35 0,4t, em que t é o tempo da ligação em minutos. Fazendo PA = PB, temos: 27 0,5t 35 0,4t 0,1 t 8 t 80min. Graficamente temos: Analisando o gráfico concluímos que a partir de 80 minutos cobrados, o plano B é mais vantajoso que o plano A. Resposta: B 3. (G1 - CFTMG 2013) Um experimento da área de Agronomia mostra que a temperatura mínima da superfície do solo t(x), em °C, é determinada em função do resíduo x de planta e biomassa na superfície, em g/m2, conforme registrado na tabela seguinte. x (g/m2) 10 20 30 40 50 60 70 t(x) (°C) 7,24 7,30 7,36 7,42 7,48 7,54 7,60 Analisando os dados acima, é correto concluir que eles satisfazem a função a) y = 0,006x + 7,18 b) y = 0,06x + 7,18 c) y = 10x + 0,06 d) y = 10x + 7,14 BASES MATEMÁTICAS PARA ENGENHARIA NOTAS DE AULA - PARTE 2 PROF. DRA. DENISE CANDAL Página 43 de 54 Resolução. Considere t(x) = ax+b. Calculando taxa de variação, temos: 7,30 7,24 a 0,006 20 10 , e t 0 7,24 10 0,006 7,18 . Logo, t x 0,006x 7,18 . Resposta: A 4. Dispõe-se de uma folha de papel retangular, medindo 20cm de largura por 24cm de comprimento. Deseja-se recortar em cada quina da folha quatro quadrados iguais, conforme mostra a figura. Quanto deve medir o lado de cada quadrado para que a área da região colorida seja máxima? Resolução. S=2(24x-2x2) +2(20x-2x2) S= 48x-4x2+40x-4x2 S=-8x2+88x Xv=-b/2a= 5,5 5. Dada a função 𝑓(𝑥) = −𝑥2 + 2𝑥 + 3 de domínio real. Determine: (a) A concavidade da parábola. (b) Os zeros da função, se existirem. (c) As coordenadas do vértice. (d) O valor máximo ou o valor mínimo. (e) A ordenada em que o gráfico intercepta o eixo y. (f) Um esboço do gráfico. (g) O conjunto imagem. Resolução. (a) A concavidade da parábola. (b) Os zeros da função, se existirem. -x²+2x+3 =0 ∆ = 22 - 4(-1)(3) x1 = -1 ∆ = 4+ 12 ∆ = 16 x2 = 3 As coordenadas do vértice. yv = - ∆ / 4a xv= - b / 2a x x x x x x x x BASES MATEMÁTICAS PARA ENGENHARIA NOTAS DE AULA - PARTE 2 PROF. DRA. DENISE CANDAL Página 44 de 54 yv = - 16 / 4(-1) xv= - 2 / 2(-1) Vy = 4 xv = 1 (c) O valor máximo ou o valor mínimo. Valor maximo é oy do vertice : 4 (d) A ordenada em que o gráfico intercepta o eixo y. Será quando x=0. Intercepta em c: 3 (e) Um esboço do gráfico. (f) O conjunto imagem. ] - ∞, 4] 6. Em um projeto de engenharia, y representa lucro liquido, e, x, a quantia a ser investida para a execução do projeto. Uma simulação do projeto nos dá a função 𝑦 = −𝑥2 + 8𝑥 − 7 , válida para 1 ≤ 𝑥 ≤ 7. Quanto devemos investir para obter o máximo lucro liquido? Resolução. yv = -∆/4a xv = -b / 2a yv = -(b2 - 4ac)/4a xv = -8 / -2 yv=9 xv=4 BASES MATEMÁTICAS PARA ENGENHARIA NOTAS DE AULA - PARTE 2 PROF. DRA. DENISE CANDAL Página 45 de 54 7. (PUC) Determine os valores de 𝑚 ∈ 𝑅, para os quais o trinômio do segundo grau 𝑓(𝑥) = (𝑚 − 1)𝑥2𝑚𝑥 + 1 tem dois zeros reais e distintos. Resolução. Y= (m-1) x² + mx +1 + mx a= (m-1) ; b= (m); c= (1) Para termos uma equação com dois zeros reais e distintos o delta deverá ser maior que 0 Δ= m² - 4 . (m – 1) . 1>0 m² - 4 m + 4 >0 O Δ vai dar 2 e a resposta vai ser m deverá ser diferente de 2 e de 1 8. O salário de um vendedor é formado por uma combinação entre uma parte fixa (salário mínimo) de R$ 151,00 e uma parte variável (comissão) de R$ 3,00 por unidade vendida. Obtenha: a) a expressão que relaciona o salário mensal y deste vendedor em função do número x de unidades vendidas; b) o salário recebido quando ele vende 83 unidades; c) o número de unidades vendidas quando ele recebe um salário de R$1.150,00. Resolução. a) a expressão que relaciona o salário mensal y deste vendedor em função do número x de unidades vendidas; y = 3x + 151 b) o salário recebido quando ele vende 83 unidades; y = 3(83) + 151 → y = 249 + 151 → y = 400 c) o número de unidades vendidas quando ele recebe um salário de R$1.150,00. 1150 = 3x + 151 → 3x = 1150 – 151 → 3x = 999 → x = 333 9. O gráfico abaixo corresponde a uma função polinomial do primeiro grau. Determine: (a) A função na forma y-ax+b (b) O valor de x para o qual y=0. (c) O coeficiente angular da reta. (d) O coeficiente linear da reta. (e) O valor de y para o qual x=0 Resolução. (a) A função na forma y-ax+b tg = 3 6 = 1 2 3 6 BASES MATEMÁTICAS PARA ENGENHARIA NOTAS DE AULA - PARTE 2 PROF. DRA. DENISE CANDAL Página 46 de 54 y = − 1 2 + 3 (b) O valor de x para o qual y=0. x = 6 (c) O coeficiente angular da reta. 6 (d) O coeficiente linear da reta. 3 (e) O valor de y para o qual x=0. y=3 10. Obtenha a equação da reta que passa pelo ponto (-2,4) e tem coeficiente angular igual a - 3. Resolução. y - y0 = m (x - x0) y - 4 = (-3)(x - (-2)) y - 4 = (-3)(x + 2) y = -3x - 6 + 4 y = -3x - 2 11. Um homem quer construir uma casa de 8m por 10m. A legislação do município só permite construir, nesse loteamento, em no máximo 20% da área do terreno. Todos os terrenos são quadrados. Qual serão as medidas do terreno para construir a casa desejada? Resolução. X2 = (80 * 100)/20 X2 = 8000/20 X2 = 400 X = √400 X = 20m 12. Uma bala é atirada de um canhão e descreve uma parábola de equação 𝑦 = −9𝑥2 + 90𝑥. Determine a altura máxima atingida pela bala de canhão, sabendo que y é a altura em metros e x é o alcance, também em metros. BASES MATEMÁTICAS PARA ENGENHARIA NOTAS DE AULA - PARTE 2 PROF. DRA. DENISE CANDAL Página 47 de 54 Resolução. Vx = -b/2a Vy = -∆/4ac Vx = -90/-9 Vy = -(b2 - 4ac)/4ac Vx = 10 Vy = -(8100) / 36 Vy = 8100/ 36 Vy= 225 13. (U. F. Juiz de Fora-MG) Um pesticida foi ministrado a uma população de insetos para testar sua eficiência. Ao proceder ao controle da variação da população de insetos em função do tempo, em semanas, concluiu-se que o tamanho da população é dado por: 𝑓(𝑡) = −10𝑡2 + 20𝑡 + 100 a) Determine o intervalo de tempo em que a população de insentos ainda cresce. b) Na ação do pesticida, existe algum momento em que a população de insetos é igual à população inicial? Quando? c) Entre quais semanas a população de insetos seria exterminada? Resolução. a) Determine o intervalo de tempo em que a população de insentos ainda cresce. t= -b/2a t = -20/-20 t = 1 b) Na ação do pesticida, existe algum momento em que a população de insetos é igual à população inicial? Quando? -10t2 + 20t = 0 -10t2 = - 20t t = -20 / -10 t = 2 c) Entre quais semanas a população de insetos seria exterminada? F(t) = -10t2 + 20t + 100 ∆ = b2 - 4ac x1 = (-b + √∆) / 2a x2 = (-b + √∆) / 2a ∆ = 400 – 4(-10)(100) x1 = (-20 + 66,33) / -20 x2 = (-20 - 66,33) / -20 ∆ = 400 + 4000 x1 = 46,33 / - 20 x2 = 86,33 / - 20 ∆ = 4400 x1 = - 2,31 x2 = 4,31 14. ENEM 2000. Um boato tem um público alvo e alastra-se com determinada rapidez. Em geral, essa rapidez é diretamente proporcional ao número de pessoas desse público que conhece o boato e diretamente proporcional também ao número de pessoas que não o conhece. Em outras palavras, sendo R a rapidez de propagação, P o público-alvo e x o número de pessoas que conhece o boato, tem-se: 𝑅(𝑥) = 𝑘𝑥(𝑃 − 𝑥), em que k é uma constante positiva característica do boato. Considerando o modelo acima descrito, se o BASES MATEMÁTICAS PARA ENGENHARIA NOTAS DE AULA - PARTE 2 PROF. DRA. DENISE CANDAL Página 48 de 54 público-alvo é de 44000 pessoas, então a máxima rapidez de propagação ocorrerá quando o boato for conhecido por um número de pessoas igual a: (a) 11000 (b) 22000 (c) 33000 (d) 38000 (e) 44000 Resolução Como o público-alvo é de 44000 pessoas, temos 𝑃 = 44000. Substituindo o valor de 𝑃 em 𝑅(𝑥) = 𝑘𝑥(𝑃 − 𝑥), temos: 𝑅(𝑥) = 𝑘𝑥(44000 − 𝑥) == −𝑘𝑥2 + 44000𝑘𝑥. Como k é uma constante positiva, o coeficiente de 𝑥2 em 𝑅 é negativo. Portanto, o valor máximo de propagação 𝑅 será alcançado quando o número de pessoas 𝑥 corresponder ao ponto de máximo de 𝑅. Sabemos que o ponto de máximo é 𝑥𝑀 = − 𝑏 2𝑎 = − 44000𝑘 2(−𝑘) = 22000. Resposta: Letra b. 15. ENEM 2013. A temperatura T de um forno (em graus centígrados) é reduzida por um sistema a partir do instante de seu desligamento (t = 0) e varia de acordo com a expressão 𝑇(𝑡) = − 𝑡2 4 + 400, com t em minutos. Por motivos de segurança, a trava do forno só é liberada para abertura quando o forno atinge a temperatura de 39°C. Qual o tempo mínimo de espera, em minutos, após se desligar o forno, para que a porta possa ser aberta? (a) 19,0 (b) 19,8 (c) 20,0 (d) 38,0 (e) 39,0 Resolução Lembre-se que a trava do forno só é liberada para abertura quando o forno atinge a temperatura de 39°C. Assim, o tempo mínimo de espera, em minutos, após se desligar o forno será quando a temperatura atingir os 39°C. Substituindo T =39 na expressão da temperatura do forno, temos: 𝑇(𝑡) = − 𝑡2 4 + 400 39 = − 𝑡2 4 + 400 𝑡2 4 = −39 + 400 = 361 𝑡2 = 361 ∙ 4 = 1444 𝑡 = 38. Resposta: Letra (d) 16. UERJ 2009. Uma bola de beisebol é lançada de um ponto 0 e, em seguida, toca o solo nos pontos A e B, conforme representado no sistema de eixos ortogonais: BASES MATEMÁTICAS PARA ENGENHARIA NOTAS DE AULA - PARTE 2 PROF. DRA. DENISE CANDAL Página 49 de 54 Durante sua trajetória, a bola descreve duas parábolas com vértices C e D. A equação deuma dessas parábolas é 𝑦 = −𝑥2 75 + 2𝑥 5 . Se a abscissa de D é 35 m, a distância do ponto 0 ao ponto B, em metros, é igual a: (a) 38 (b) 40 (c) 45 (d) 50 Resolução As raízes de 𝑦 = −𝑥2 75 + 2𝑥 5 são 𝑥 = 0 e 𝑥 = 30. Podemos resolver utilizando a fórmula de Bhaskara ou fatorando a expressão: 𝑦 = 0 ⇒ −𝑥2 75 + 2𝑥 5 = 0 ⇒ −𝑥 5 ( 𝑥 15 − 2) = 0 . Assim, temos que −𝑥 5 = 0 ⇒ 𝑥 = 0 ou 𝑥 15 − 2 = 0 ⇒ 𝑥 15 = 2 ⇒ 𝑥 = 30. Isto implica que a equação dada se refere à parábola de raízes em 0 e em A, sendo a abscissa do ponto A é igual a 30. Sabemos que os pontos A e B são simétricos em relação ao eixo que passa no vértice D. Como a distância do ponto A à abscissa do vértice D mede 5m, então a abscissa do ponto B será igual a 40m. Resposta: Letra b. 17. PUC – SP. Uma bola é largada do alto de um edifício e cai em direção ao solo. Sua altura h em relação ao solo, t segundos após o lançamento, é dada pela expressão ℎ = −25𝑡2 + 625. Após quantos segundos do lançamento a bola atingirá o solo? Resolução Quando a bola atingir o solo, sua altura será zero. Substituindo na expressão de ℎ, temos: ℎ = −25𝑡2 + 625 0 = −25𝑡2 + 625 25𝑡2 = 625 𝑡2 = 25 ⇒ 𝑡 = ±5. BASES MATEMÁTICAS PARA ENGENHARIA NOTAS DE AULA - PARTE 2 PROF. DRA. DENISE CANDAL Página 50 de 54 Considerando que a bola foi largada no instante 𝑡 = 0, temos que a solução 𝑡 = −5 deve ser descartada, restando 𝑡 = 5.Veja a seguir o gráfico da função para visualizar a trajetória da bola. Resposta. A bola levará 5 segundos para atingir o solo. 18. PUC – Campinas – SP. A trajetória de um projétil foi representada no plano cartesiano por 𝑦 = −𝑥2 64 + 𝑥 16 com uma unidade representando um quilômetro. Determine a altura máxima que o projétil atingiu. Resolução Para saber a altura máxima do projétil temos que calcular a ordenada do vértice da parábola: 𝑦𝑉 = −∆ 4𝑎 = − ( 1 16) 2 − 4( −1 64) (0) 4 (− 1 64) = − ( 1 16) 2 4 (− 1 64) = − 1 256 − 1 16 = 1 256 16 1 = 1 16 = 0,0625 km Resposta. O projétil atingiu a altura máxima de 0,0625 km = 62,5 m. 19. UERJ. Numa partida de futebol, no instante em que os raios solares incidiam perpendicularmente sobre o gramado, o jogador "Chorão" chutou a bola em direção ao gol, de 2,30m de altura interna. A sombra da bola descreveu uma reta que cruzou a linha do gol. A bola descreveu uma parábola e quando começou a cair da altura máxima de 9 metros, sua sombra se encontrava a 16 metros da linha do gol. Após o chute de "Chorão", nenhum jogador conseguiu tocar na bola em movimento. A representação gráfica do lance em um plano cartesiano está sugerida na figura. A equação da parábola era do tipo 𝑆 = − 𝑥2 36 + 𝑐. O ponto onde a bola tocou pela primeira vez foi: BASES MATEMÁTICAS PARA ENGENHARIA NOTAS DE AULA - PARTE 2 PROF. DRA. DENISE CANDAL Página 51 de 54 (a) na baliza (b) atrás do gol (c) dentro do gol (d) antes da linha do gol Resolução. A altura máxima da bola é 9m. Isto significa que a ordenada do vértice da parábola é 9. Da figura, temos que a abscissa do vértice é 0. Então, o vértice da parábola é 𝑉 = (0,9). Substituímos este ponto na equação 𝑆 = − 𝑥2 36 + 𝑐, temos: 9 = − 02 36 + 𝑐 ⇒ 𝑐 = 9. Ficamos então com a equação 𝑆 = − 𝑥2 36 + 9. Em baixo da linha do gol, a abscissa é x=16. Para determinar a altura da bola na linha do gol, devemos calcular a ordenada para x=16: 𝑆 = − 𝑥2 36 + 9 𝑆 = − 162 36 + 9 = − 256 36 + 9 = −256 + 324 36 = 68 36 ≅ 1,9. Assim, temos que a altura da bola na linha do gol é de 1,9m, sendo menor que a altura da baliza do gol que é 2,3m, significando que a bola consegue entrar no gol. Resposta: Letra c. 20. Determine os intervalos onde a função 𝑓(𝑥) = −𝑥2 + 𝑥 + 2 é crescente e decrescente. 𝑎 = −1, concavidade de 𝑓 é para baixo. 𝑥𝑉 = − 𝑏 2𝑎 = − 1 2(−1) = 0,5. BASES MATEMÁTICAS PARA ENGENHARIA NOTAS DE AULA - PARTE 2 PROF. DRA. DENISE CANDAL Página 52 de 54 Aula: 9 Função Modular Objetivos Ao término desta aula, o aluno deverá Identificar uma função módulo; Identificar, construir e analisar o gráfico de função modular. Resolver equações modulares. Resolver inequações modulares. Estrutura de Conteúdo Tópicos referentes ao conteúdo específico: Função Módulo. · O conceito de módulo. · Conceituação de função modular. · Gráfico de função modular. · Equações modulares. · Inequações modulares. O conceito de módulo de um número real está associado à ideia de distância de um ponto da reta à origem. Como existe uma correspondência biunívoca entre os pontos da reta e os números reais, pensar na distância de um ponto à origem ou pensar no módulo de um número é exatamente a mesma coisa. Nesta aula trataremos do conceito de função modular, seu aspecto gráfico, resolução de equações e inequações modulares. 1. FUNÇÃO DEFINIDA POR DUAS OU MAIS SENTENÇAS Exemplo: Construir o gráfico de 𝑓(𝑥) = { 𝑥 2 𝑥 ≥ 0 −2𝑥 𝑥 < 0 . BASES MATEMÁTICAS PARA ENGENHARIA NOTAS DE AULA - PARTE 2 PROF. DRA. DENISE CANDAL Página 53 de 54 2. MÓDULO O conceito de módulo de um número real está associado à idéia de distância de um ponto da reta à origem. Definição: Para todo número real x, definimos módulo ou valor absoluto de x como: 0 0 xsex xsex x PROPRIEDADES: ayx ,, 1) 0x 2) xx 3) xx 2 4) xxx 5) yxxy 6) 0a , axaax 7) 0a , axaxax 8) Desigualdade triangular yxyx 9) yxyx 10) yxyx Interpretação geométrica: Associamos a noção de módulo ao conceito de distância. yxyxd ),( 0 xx Isto significa que o modulo de x é a distância de x ao número zero, ou ainda, que é a distância do ponto A, de abscissa x, à origem O. 3. FUNÇÃO MODULAR 𝑓:ℛ → ℛ 𝑓(𝑥) = |𝑥| 4. EQUAÇÕES MODULARES Para resolver equações modulares precisamos lembrar que |𝑥| = 𝑎 ⇔ 𝑥 = 𝑎 𝑜𝑢 𝑥 = −𝑎 5. INEQUAÇÕES MODULARES Para resolver inequações modulares basta lembrar as duas propriedades de módulo 0a , axaax e 0a , axaxax BASES MATEMÁTICAS PARA ENGENHARIA NOTAS DE AULA - PARTE 2 PROF. DRA. DENISE CANDAL Página 54 de 54 Avaliação EXERCÍCIOS: 1. Construir o gráfico de 𝑓(𝑥) = |𝑥 − 1| 2. Construir o gráfico de 𝑓(𝑥) = |𝑥| − 1 3. Construir o gráfico de 𝑓(𝑥) = |𝑥 − 1| + 2 4. Construir o gráfico de 𝑓(𝑥) = |𝑥| 𝑥 definida em ℜ − {0} 5. Construir o gráfico de 𝑓(𝑥) = |𝑥−1| 1−𝑥 , definida em ℜ − {1} 6. Resolver a equação modular |𝑥2 − 5𝑥 + 5| = 1, em ℜ. 7. Resolver a equação |2𝑥 + 4| = 3𝑥 − 6, em ℜ. 8. Resolver a inequação |2𝑥 − 5| > 7, em ℜ. 9. Resolver a inequação |𝑥 − 3| < 5, em ℜ. A título de revisar as noções teóricas e praticar o que foi visto na aula de hoje, sugerimos a principio a releitura do material didático e a resolução da lista sobre Função e Equação Modular, disponível em http://professorwaltertadeu.mat.br/exerciciosEM2012.html Sugestão de resoluções de exercícios:
Compartilhar