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Conversa inicial Olá! Estamos começando mais uma aula de Pré-Cálculo. Nessa aula iremos falar sobre dois tipos interessantes de funções: funções potência e funções polinomiais. Vamos aprender o que são funções potência e funções polinomiais e também onde esses conhecimentos podem ser aplicados. Para começar, assista ao vídeo do professor Ricardo sobre os conteúdos da aula no material on-line! Contextualizando Um projeto de pesquisa desenvolvido na Universidade Federal do Rio Grande do Sul, no Laboratório de Aerodinâmica das Construções, se refere a uma gigantesca tela de formato circular utilizada para proteger uma imensa pilha de cavaco, matéria-prima utilizada na fabricação de celulose. O diâmetro dessa tela é de 120 metros e a altura corresponde a 28 metros. A partir do conhecimento do diâmetro dessa estrutura, poderemos utilizar os conhecimentos da nossa aula de hoje para calcularmos a área, em metros quadrados, circundada pela estrutura. Você verá como fazer esses cálculos quando falarmos da aplicação dos conceitos na prática, no final dessa aula. Pré-Cálculo - Aula 04 Prof.: Ricardo Zanardini Funções potência As funções potência são funções que possuem a forma: axkxf . Onde, 0k , Ra , 0a , É importante ressaltar que a é a potência e k é a constante de variação, também conhecida como constante de proporção. Para que possamos compreender melhor onde essas funções são utilizadas, veremos alguns exemplos práticos. A fórmula rC ..2 que relaciona o comprimento de uma circunferência com o raio dessa circunferência é um exemplo de função potência. Nesse exemplo, a potência é igual a 1 e a constante de proporção é igual a 2 . Mas onde essa fórmula que relaciona o comprimento de uma circunferência com o raio pode ser utilizada? Vamos assistir a um vídeo que mostra como são fabricados os aros de bicicleta: http://www.youtube.com/watch?v=-NLEnaeNsKY Agora que já sabemos como é o processo de fabricação de um aro de bicicleta, vamos pensar em um problema relacionado a isso: uma indústria produz aros de aço para bicicletas. Os aros são produzidos a partir de barras de aço que são enformadas e depois soldadas. Diversos tamanhos de aros são produzidos pela indústria. Determine qual é o comprimento necessário de uma barra de aço para a fabricação de um aro cujo raio mede 32,5 cm. Considere 14,3 . Como o comprimento da barra é dado em função do raio, vamos utilizar a fórmula rC ..2 para determinarmos o comprimento necessário: 1,204 5,32x14,3x2 ..2 C C rC Sendo assim, a barra deve ter 204,1 cm de comprimento. Um outro exemplo de função potência é a fórmula que fornece a área de um círculo em função do raio: 2.rA com k = e a = 2. Nesse caso, também podemos resolver problemas práticos associados a essa função potência. Em muitas apresentações, é comum a projeção de imagens no palco. Além das telas retangulares, algumas telas de projeção possuem um formato circular. Sendo assim, qual é a área de uma tela circular de projeção onde o raio da tela é igual a 5 metros? Para resolvermos esse problema, precisamos determinar a área da tela em função do raio. Para isso, vamos utilizar a fórmula da área de um círculo: 2 2 2 m 5,78 25x14,3 5x14,3 A A A rA A tela de projeção circular, nesse exemplo, tem 78,5 metros quadrados. Vamos agora assistir a um vídeo sobre o comprimento da circunferência e a área do círculo. https://www.youtube.com/watch?v=- jl90c63TXs&list=UUWhuro_dMp3wVDloVCbapDQ Um outro exemplo de função potência é a fórmula da aceleração da gravidade: 2 . r mG A Para saber mais sobre a aceleração da gravidade, clique no link a seguir. http://www.infoescola.com/mecanica/aceleracao-da-gravidade/ A Lei de Boyle que relaciona a pressão com o volume também é um exemplo de função potência. V k P O texto a seguir fala sobre a Lei de Boyle. http://www.infoescola.com/termodinamica/lei-de-boyle-mariotte/ Vamos assistir agora ao vídeo do Prof. Ricardo sobre as funções potência! Acesse o material on-line! Análise de uma função potência Agora que já sabemos o que é uma função potência e onde essas funções podem ser utilizadas, vamos fazer a análise do comportamento de uma função potência. Vamos, inicialmente, considerar a função 3xxf e o gráfico: Expoente: 3 Constante de proporção: 1 Domínio: R Imagem: R Contínua Crescente Simétrica em relação à origem Não é limitada Não tem extremos Não tem assíntotas Considerando agora a função 2xxf , temos: Gráfico: Expoente: 2 Constante de proporção: 1 Domínio: R Imagem: 0y Contínua Decrescente para x<0 Crescente para x>0 Simétrica em relação ao eixo y Limitada inferiormente Tem mínimo local em x=0 Não tem assíntotas Dentre as funções abaixo, analise se é função potência, e em caso afirmativo, trace o gráfico e identifique a potência, a constante de variação (ou de proporção), o domínio, a imagem, a continuidade, intervalos de crescimento e de decrescimento, simetria, se é limitada, extremos locais, assíntotas e comportamento nos extremos. a) b) c) d) e) Resolução: a) Função Potência : Sim Potência: 1/2 Constante de variação ou de proporção: 2 Domínio: ou ou : Imagem: Continuidade: Sim, no domínio Intervalos de crescimento: em todo o domínio Intervalos de decrescimento: não há Simetria: não Limitada: inferiormente pelo eixo x Extremos locais: Mínimo em x = 0 Assíntotas: não há. Comportamento nos extremos: b) Função Potência: Sim Potência: -3 Constante de variação ou de proporção: 3 Domínio: ou : Imagem: Continuidade: Não. Há descontinuidade infinita em x = 0. Intervalos de crescimento: não há. Intervalos de decrescimento: em todo o domínio Simetria: sim, em relação a origem (função ímpar) Limitada: não Extremos locais: Não Assíntotas: eixo vertical (eixo y) e eixo horizontal (eixo x) Comportamento nos extremos: ; c) Potência: 4 Constante de variação ou de proporção: -5 Domínio: Imagem: Continuidade: Sim. Intervalos de crescimento: Intervalos de decrescimento: Simetria: sim, em relação ao eixo y (função par) Limitada: sim, superiormente pelo eixo x ( y = 0 ) Extremos locais: Sim. Um máximo em x = 0 Assíntotas: não Comportamento nos extremos: d) Não é função potência, mas linear. e) Não é função potência, mas quadrática (segundo grau). Acessando o material on-line, você encontrará o vídeo do Prof. Ricardo sobre a análise de funções potência! Funções polinomiais Além das funções potência, as funções polinomiais também têm um importante papel na resolução de diversos problemas práticos. Vamos assistir a um vídeo sobre as funções polinomiais e também sobre a relação dessas funções com os fractais. https://www.youtube.com/watch?v=IpDDRGhxRXI&index=27&list=PLf4 asln_6hSeN868g8mXhAAQfQV6L1nsc Antes de falarmos sobre as funções polinomiais, vamos saber mais sobre os fractais. O texto a seguir é interessante e nos mostra o que são fractais e como os fractais estão ligados com diversos fenômenos da natureza. http://www.mdig.com.br/index.php?itemid=30380 Funções PolinomiaisUma função polinomial é escrita sob a forma 01 2 2 1 1 ... axaxaxaxaxf n n n n Onde: Raaaaa nn 0121 ,,,...,, . A condição é que 0na . As funções lineares e as funções quadráticas que vimos anteriormente são exemplos de funções polinomiais. No entanto, podemos ter funções com os mais diversos graus como sendo funções polinomiais. Antes de pensarmos em aplicações de funções polinomiais, vamos ver qual é o impacto de variações nos coeficientes de uma função polinomial. Para isso, utilizaremos o Winplot na construção dos gráficos de algumas funções polinomiais. Veremos como é possível representarmos mais do que uma função no mesmo sistema de eixos coordenados. Primeiro, vamos abrir o Winplot. Depois, vamos clicar no menu “Janela” e, em seguida, em “2-dim”. Agora vamos clicar no menu “Equação” e, em seguida, na opção “1. Explícita ...”. Vamos representar a função xxf 2 1 )( . Para isso, basta digitarmos “(1/2)x” no espaço destinado à função. Vamos aproveitar e abrir o inventário. Basta clicarmos em “Equação” e em seguida em “Inventário ...”. O inventário apresenta diversos recursos de edição tais como mostrar ou ocultar o gráfico de uma função (mostrar gráfico), permitir que a expressão relacionada a uma função apareça no plano cartesiano (mostrar equa) entre outras opções. Após o Winplot representar graficamente a função xxf 2 1 )( , vamos clicar novamente em “Equação” e, em seguida, “1. Explícita ...” para representarmos a função xxf )( . Agora digitaremos “x” no espaço destinado à função. Observe que temos duas funções plotadas no mesmo sistema de eixos coordenados. A função em vermelho é a função xxf 2 1 )( e a função em azul é a função xxf )( . Note que se o coeficiente de x é maior, o crescimento da função também é maior. O mesmo pode ser feito com as funções xxf 2)( e xxf 3)( . Graficamente é fácil perceber que o crescimento da função linear está diretamente relacionado com o coeficiente de x. Se mantivermos o coeficiente de x e alterarmos o termo independente, a inclinação da função linear é preservada. No entanto, há um deslocamento da função para cima ou para baixo, dependendo do valor do termo independente. O gráfico a seguir ilustra esse fato. No caso das funções quadráticas, o coeficiente de x2 também exerce alteração no crescimento da função. Quanto maior o coeficiente de x2, maior o crescimento da função e, consequentemente, mais estreita é a parábola. O gráfico a seguir ilustra isso. Alterações no termo independente deslocam a parábola para cima ou para baixo. Se somarmos ou subtrairmos uma constante na variável x há um deslocamento da parábola para a esquerda ou para a direita. Observe! No caso da função 3)( xxf , variações no coeficiente da função implicam em variações no crescimento da função. Observe que o comportamento das funções polinomiais está diretamente relacionado aos seus coeficientes. Vamos assistir a um vídeo sobre funções polinomiais e polinômios. https://www.youtube.com/watch?v=f7ED1pDFlng&index=58&list=PLf4 asln_6hSeN868g8mXhAAQfQV6L1nsc No material on-line, o prof. Ricardo irá conversar conosco sobre funções polinomiais. Não deixe de acessar! Raízes e Extremos Como vimos anteriormente, uma função quadrática possui até duas raízes que podem ser calculadas pela fórmula quadrática. No caso de uma função polinomial de grau n, essa função pode ter até n raízes. Em relação aos extremos, uma função polinomial pode ou não ter pontos de máximo ou de mínimo local. Muitas vezes métodos iterativos são utilizados para que possamos determinar as raízes ou os extremos de funções polinomiais. Isso ocorre por que não temos fórmulas específicas para calcularmos as raízes ou extremos de funções polinomiais de grau n onde n é maior do que 2. Como curiosidade, um método iterativo é um método que, a partir de uma solução inicial, são geradas novas aproximações dessa solução até que se obtenha uma solução satisfatória para um determinado problema. O cálculo numérico é um ramo da matemática especializado no estudo de métodos numéricos destinados à resolução de problemas matemáticos. Em alguns casos, é possível realizar fatorações ou simplificações para que possamos determinar as raízes de uma função polinomial de grau maior ou igual a 3. Uma outra possibilidade é utilizarmos o método de Briot-Ruffini para calcularmos raízes inteiras de uma função polinomial, caso existam. Antes de falarmos sobre o método de Briot-Ruffini, vamos ver alguns exemplos de funções polinomiais. A função y=x3-6x2+9x apresenta três raízes reais. Uma delas igual a zero e outras duas iguais a 3. Essa função apresenta ainda um ponto de máximo local e um ponto de mínimo local. A função y=3x4+4x3-5x2-5x+1 possui 4 raízes reais e distintas, além de dois pontos de mínimo local e um ponto de máximo local. A função y=x3-3x2-4x tem três raízes reais e distintas e dois extremos locais: um máximo local e um mínimo local. Vamos, como exemplo, calcular as raízes da função xxxxf 43 23 . Podemos colocar x em evidência, pois é um fator comum a todos os termos. Podemos também fatorar a expressão x2-3x-4, o que resulta em (x+1)(x+4). Logo, o cálculo das raízes pode ser feito como segue: 041 043 043 2 23 xxx xxx xxx Nesse caso, para que o produto acima seja igual a zero, temos as seguintes condições: 404 101 0 xx xx x Sendo assim, as raízes são -1, 0 e 4. Os dois teoremas a seguir são úteis no que se refere ao cálculo de raízes de funções polinomiais. O Teorema do Valor Intermediário afirma que se a<b e f é contínua em [a, b], então f(c) está entre f(a) e f(b) para c entre a e b. Esse teorema útil para garantir a existência de pelo menos uma raiz entre os números a e b se f(a) e f(b) têm sinais opostos. O Teorema de D’Alembert também é importante na busca por raízes de funções polinomiais. O resto da divisão de um polinômio p(x) por x – a é p(a). Supondo que a divisão de p(x) por x – a resulta um quociente q(x) e um resto r, temos p(x) = (x – a) q(x) + r Fazendo x = a, temos: p(a) = (a – a)q(a) + r = 0. q(a) + r = r r = p(a) Se um polinômio é divisível por x-a, então esse polinômio se anula para x=a. Para encontrarmos, caso existam, as raízes inteiras de uma função polinomial, podemos utilizar o método de Briot-Ruffini. Esse método é destinado à divisão de um polinômio p(x) por um outro polinômio Q(x) da forma x-a ou x+a onde a é um número real. O exemplo a seguir será útil para explicarmos o funcionamento do método de Briot-Ruffini. Determine as raízes da função 22 23 xxxxf . Para começarmos a resolução, vamos encontrar os candidatos a raízes da função polinomial. Esses candidatos são os divisores do termo independente 2 divididos pelos divisores do coeficiente do termo de maior grau, nesse caso, 1. Logo, as possíveis raízes são: -1, 1, -2 e 2. O próximo passo é escrever em ordem os coeficientes da função no dispositivo a seguir. 1 -2 -1 2 Na primeira coluna colocaremos, um de cada vez, os candidatos a raízes e, na últimacoluna, teremos o resto da divisão. 1 -2 -1 2 Candidato a raiz Resto da divisão Quando o resto da divisão for igual a zero, teremos uma raiz da função. Primeiro, vamos ver se -1 é uma raiz da função. Para isso, escreveremos -1 no local destinado ao candidato a raiz e abaixaremos o primeiro coeficiente que, nesse caso, é igual a 1. 1 -2 -1 2 -1 1 O próximo passo é multiplicarmos o número que foi abaixado pelo candidato a raiz. Essa multiplicação é igual a 1x(-1) que resulta em -1. Vamos agora somar esse resultado com o próximo coeficiente da função, no caso, -2. O resultado é -1+(-2)=-3. Esse número será escrito abaixo do respectivo coeficiente -2. 1 -2 -1 2 -1 1 -3 Esse processo deverá ser repetido até o último coeficiente. Vamos, então, multiplicar -3 por -1 e, em seguida, somar o resultado com -1. Fazendo isso, teremos (-3)x(-1)=3 e 3+(-1)=2. Portanto, o próximo número a ser colocado no dispositivo prático é o 2. 1 -2 -1 2 -1 1 -3 2 Vamos agora multiplicar esse número 2 por -1 e, em seguida, somarmos com o último coeficiente que é igual a 2: 2x(-1)=-2 e - 2+2=0. Portanto, o último número a ser escrito no dispositivo é o zero. 1 -2 -1 2 -1 1 -3 2 0 Como o resto da divisão foi igual a zero, podemos concluir que -1 é uma raiz da função 22 23 xxxxf . Se o resultado não tivesse sido igual a zero, teríamos que repetir os mesmos procedimentos com os outros candidatos a raízes. Mas como já encontramos uma das raízes, agora nos resta determinar as outras duas. Os termos 1, -3 e 2 que foram sendo obtidos no decorrer do método de Briot-Ruffini são os coeficientes da função polinomial que é o resultado da divisão feita. Nesse caso, temos uma função de grau uma unidade menor do que o grau da função inicial. Como a função inicial era uma função cúbica, a função resultante é uma função quadrática. Sendo assim, para determinarmos as outras raízes podemos continuar com o método de Briot-Ruffini ou então podemos utilizar a fórmula quadrática para encontrarmos as outras duas raízes. Utilizando a fórmula quadrática, temos que encontrar as raízes da função y=x2-3x+2 onde a=1, b=-3 e c=2. Calculando as raízes, temos: 1 89 )2).(1.(4)3( ..4 2 2 cab a b x .2 1.2 1)3( x 1 2 2 2 13 2 2 4 2 13 2 13 222 111 xxx xxx x Logo, as raízes são: -1, 1 e 2. Para saber mais sobre o método de Briot-Ruffini, clique no link a seguir. http://www.mundoeducacao.com/matematica/dispositivo-pratico- briotruffini.htm 1. Para as funções polinomiais dadas a seguir, determine o resto da divisão pelo monômio indicado: a) b) c) d) e) f) Resolução: a) Para determinar o resto da divisão de um polinômio por um monômio, faz-se a substituição na equação polinomial do valor de teste. Neste caso o valor de teste é 1 (sempre com sinal contrário ao sinal da constante do monômio). Tem-se O valor do resto da divisão é 0 (zero) o que indica que 1 é uma raiz do polinômio. b) O valor a ser testado é -1, no polinômio: Resultando: . O resto é 9, indicando que a divisão não é exata. c) Testando o valor 2 no polinômio tem-se : . O resto é 21 indicando que a divisão não é exata e portanto x = 2 não é raiz do polinômio. d) Para o polinômio testanto o valor -2, vem: . Sendo o resto não nulo, a divisão do polinômio pelo monômio não é exata. e) Para o binômio testando o valor 2, vem O resto da divisão é nulo, indicando que 2 é uma raiz do polinômio. f) Para o binômio testando o valor 3, resulta: indicando que 3 é raiz do binômio. 2. Considere as funções polinomiais abaixo. Utilize o método de Briot- Ruffini para realizar a fatoração e determinar as raízes. a) b) c) d) e) f) g) Resolução: a) Usando o método de Briot-Ruffini, deve-se escrever os coeficientes do polinômio (potências de x ordenadas, ou seja, da maior para a menor, até o termo constante) em uma linha de cálculo. Passar um traço para separar os valores de teste de raiz e resultados para coeficientes novos pela fatoração. Para o polinômio: tem-se então: 1 -2 -5 6 Dica: Se a soma dos coeficientes for igual a zero, uma das raízes é igual a 1. (Neste caso: 1+(-2)+(-5)+6 =0 , tendo uma raiz igual a 1) Deve-se escrever a raiz a ser testada no início da segunda linha, abaixo do traçado, fazendo: 1 -2 -5 6 1 Para completar a linha deve-se baixar o valor do coeficiente principal (neste caso com valor 1) 1 -2 -5 6 1 1 Para preencher as demais posições da segunda linha, deve-se multiplicar o último valor conhecido dela (neste caso 1) pela raiz em teste (neste caso 1), e somar o resultado com o coeficiente da primeira linha a ser recalculado (neste caso o -2) resultado: 1x1+(-2) = -1. O valor obtido é inserido na segunda linha abaixo do coeficiente que está sendo recalculado. 1 -2 -5 6 1 1 -1 Repetindo o processo: (-1)x(1) + (-5) = -1 -5 = -6 1 -2 -5 6 1 1 -1 -6 Repetindo o processo (-6)x(1)+6 = 0 1 -2 -5 6 1 1 -1 -6 0 Quando a tabela está completa e na última posição surgir um zero (0), como ocorreu neste caso, indica que o valor testado é uma raiz do polinômio e pode-se reescrever o polinômio original na forma fatorada como sendo: Note que o primeiro fator envolve a raiz (x menos raiz), e o segundo fator tem os coeficientes determinados pelos valores numéricos que estão na segunda linha da tabela (em verde). Exclui-se o zero da direita (que somente indica que a divisão é exata) e a partir dele, da direita para a esquerda tem-se o coeficiente constante (-6), o coeficiente de x (que é -1) e o coeficiente de (que é 1). O valor inicial (à esquerda) na segunda linha é a raiz que foi obtida. De forma análoga pode-se fatorar o polinômio que obtivemos O valor -6 (coeficiente constante) sugere ser múltiplo de 2 ou 3 (sinais positivos e negativos devem ser considerados). Testando para x = 2 1 -1 -6 2 1 1 -4 O último valor numérico da segunda linha não é zero (resultou -4) indicando que x = 2 não é raiz. Testando para x = -2 1 -1 -6 -2 1 -3 0 O último valor da segunda linha é zero, logo o valor testado x = -2 é raiz da equação polinomial inicial. Podemos reescrever: E as raízes são 1, -2 e 3. b) Para o polinômio verifica-se que a soma dos coeficientes é igual a zero, logo uma raiz é 1. Usando Briot-Ruffini para determinar os coeficientes da fatoração 1 4 -1 -4 11 5 4 0 Reescrevendo Para o trinômio o coeficiente constante (4) sugere raízes -1, ou 2, ou -2, ou 4 ou -4. Testando x = -1 1 5 4 -1 1 4 0 O zero na última posição da segunda linha indica que a o valor testado é raiz, e pode-se escrever: Com as raízes 1, -1 e -4. c) Para o polinômio a soma dos coeficientes não é nula, logo x = 1 não é raiz. O coeficiente constante (-3) é múltiplo de 3, -3 e -1, que poderiam ser alguma raiz a ser determinada. Testando x = 3 1 -1 -5 -3 3 1 2 1 0 Pode-se reescrever: O coeficiente constante (1) somente é múltiplo de 1 e de -1, mas é sabido que x=1 não é raiz, restando x = -1. Testando vem: 1 2 1 -1 1 1 0 Reescrevendo tem-se: As raízes obtidas são : 3, -1 (raiz dupla). d) Para o trinômio observa-se que há termos com potências de x faltantes ( . Para empregar o método de Briot-Ruffini é necessário completar as potências faltantes, e então escreve-se: O valor x = 1 não é raiz pois a soma dos coeficientes não é nula. O valor +36 sugere multiplicidade envolvendo -1, 2, -2, 3, -3, 4, -4, 6, - 6, 9, -9, 12, -12, 18, e -18. Testando para x = -1 1 0 -13 0 36 -1 1 -1 -12 12 24 Não é raiz. Testando para x = 2 1 0 -13 0 36 2 1 2 -9 -18 0 O valor x = 2 é raiz, e resulta pela fatoração: O valor -18 sugere multiplicidade envolvendo -2, 3, -3, 6, -6, 18 e -18. Testando para x = -2 1 2 -9 -18 -2 1 0 -9 0 Resultando para fatoração: O valor -9 sugere multiplicidade de 3, -3, 9 e -9. Testando para x = 3 vem: 1 0 -9 3 1 3 0 A fatoração completa é : que resulta para as raízes os valores, 2, -2, 3 e -3. e) No polinômio nota-se que o coeficiente principal não é igual a 1, o que implica em ter raiz fracionária. Para a determinação desta raiz, deve-se pensar em uma fração onde o numerador é divisor do coeficiente constante (-12) (valores seriam 1, -1, 2, -2, 3, -3, 4, -4, 6, -6, 12 e -12) e o denominador é divisor do coeficiente principal (2) (valores seriam 1, -1, 2 e -2). As combinações resultariam em e , pois os demais valores poderiam ser simplificados resultando inteiros. Testando x = ½ 2 5 -5 -20 -12 ½ 2 6 -2 -21 -45/2 Não é raiz. Testando x = -½ 2 5 -5 -20 -12 2 4 -7 -33/2 -15/4 Não é raiz. Testando x = 2 5 -5 -20 -12 2 8 7 -19/2 -105/4 Não é raiz. Testando x = - 2 5 -5 -20 -12 2 2 -8 -8 0 Uma das raízes é x = -3/2, que permite fatorar o polinômio como sendo: O segundo fator tem todos os coeficientes pares, então o valor 2 pode ser evidenciado, resultando Observando o coeficiente constante (-4) do último polinômio, sugere multiplicidade com 1, -1, 2, -2, 4 e -4. A possibilidade de raiz x =1 é excluída pois a soma dos coeficientes não é nula. Testando x = -1. 1 1 -4 -4 -1 1 0 -4 0 Obteve-se uma raiz, que leva a fatoração. Para o último polinômio, o coeficiente constante sugere raízes -2 e 2. Testando x = 2 1 0 -4 2 1 2 0 O valor testado é raiz e tem-se a fatoração completa: Com raízes -3/2, -1, 2 e -2. f) Para o polinômio considerando os divisores do coeficiente constante (9), tem-se 1, -1, 3, -3, 9 e -9 que serão os possíveis numeradores da raiz fracionária. Observando o coeficiente principal (3), tem divisores 1, -1, 3 e -3 que serão possíveis valores para o denominador da raiz fracionária. Combinando estes valores, as possíveis frações seriam 1/3 e -1/3. Testando x = 1/3 3 -1 -27 9 3 0 -27 0 O valor testado é raiz, levando a forma fatorada O coeficiente constante do binômio sugere multiplicidade com 3 e -3. Testando para x = 3, vem: 1 0 -9 3 1 3 0 Pode-se escrever a fatoração completa como Sendo as raízes 1/3, 3 e -3. g) Considerando o polinômio observa-se que todos os termos têm a variável x, que pode ser fatorada resultando em: Considerando o polinômio o coeficiente principal indica que há uma raiz fracionária onde o numerador poderá ser 1, -1, 2, -2, 4 e -4 (divisores de 4 – coeficiente constante) e o numerador poderá ser 1, -1, 2 e -2 (divisores de 2 – coeficiente principal). Fazendo as combinações tem-se ½ e -½ como possibilidades: Testando x = ½ 2 -1 8 -4 ½ 2 0 8 0 Pode-se escrever na forma fatorada: No último binômio os coeficientes são pares e o 2 pode ser fatorado, resultando: O binômio não pode ser fatorado, pois é uma expressão irredutível. É possível determinar as raízes imaginárias através de: As raízes do polinômio são: 0, ½ (reais), 2i e -2i.(imaginárias) 3. Determine as raízes das funções polinomiais abaixo, e trace os gráficos correspondentes. a) b) c) d) Resolução: a) Observando a expressão fatorada a função tem raízes determinadas por No fator como o expoente é par (2) o gráfico da função não irá cruzar o eixo das abcissas (apenas tocar) e no fator o expoente é ímpar (3), o gráfico irá cruzar o eixo das abcissas. As raízes são 2 (raiz dupla) e -1 (raiz tripla). b) Observando a expressão fatorada a função tem raízes determinadas por No fator como o expoente é ímpar (3) o gráfico da função irá cruzar o eixo das abcissas e no fator o expoente é ímpar (3), o gráfico irá cruzar o eixo das abcissas. As raízes são 3 ( raíz tripla) e -2 ( raiz tripla). c) Observando a expressão fatorada a função tem raízes determinadas por No fator como o expoente é par (2) o gráfico da função não irá cruzar o eixo das abcissas (apenas tocar) e no fator o expoente é ímpar (1), o gráfico irá cruzar o eixo das abcissas. As raízes são -2 (raíz dupla) e 1 (raiz simples). d) Observando a expressão fatorada a função tem raízes determinadas por Em ambos os fatores os expoentes são pares, e o gráfico da função não irá cruzar o eixo das abcissas (apenas tocar). As raízes são 1 (raíz dupla) e -2 (raiz dupla). Vamos aproveitar o momento e assistir ao vídeo do Prof. Ricardo sobre raízes e extremos de funçõespolinomiais! Para isso, acesse o material on-line! Aplicação das funções polinomiais Chegou o momento de falarmos sobre algumas aplicações relacionadas às funções polinomiais. A primeira aplicação está relacionada ao equilíbrio entre os custos e a receita de uma empresa. Nesse caso, tanto a função custo quanto a função receita são casos de funções polinomiais de grau 1. Sabendo que a receita de uma empresa é dada por R(x)=336x e os custos por C(x)=215x+12705 onde x é a quantidade comercializada de um certo produto, determine o ponto de equilíbrio. Para calcularmos o ponto de equilíbrio, basta igualarmos as funções. 105 121 12705 12705121 12705215336 12705215336 )()( x x x xx xx xCxR O próximo exemplo se refere à estimativa do custo de produção de uma empresa em relação à quantidade produzida. Nesse exemplo, a relação entre a produção e o custo total é dada por uma função polinomial de grau 3. Uma empresa estima que o custo de produção referente a x unidades produzidas por hora é dado pela função C(x)=0,02x3-1,8x2+59x+150 Determine o custo referente à produção de 10 unidades por hora. C(10)=0,02(10)3-1,8(10)2+59(10)+150 C(10)=0,02(1000)-1,8(100)+590+150 C(10)=20-180+590+150 C(10)=580 Podemos utilizar o conceito de ponto de equilíbrio para tomarmos algumas decisões. Um trabalhador tem a possibilidade de escolher duas possibilidades oferecidas pelo seu plano de saúde empresarial. Ambas opções têm as mesmas coberturas, diferindo apenas no valor da mensalidade e no valor adicional cobrado por consultas marcadas. A opção A tem uma mensalidade de R$ 120,00 e o valor de cada consulta adicional é de R$ 40,00. A opção B tem uma mensalidade de R$ 200,00 e cada consulta marcada custa R$ 20,00. Com base em uma estimativa de consultas mensais que esse trabalhador tem o hábito de marcar, qual das duas opções é mais vantajosa financeiramente? Resolução: A função que representa o total a ser pago por mês se a escolha for o plano A é: y=40x+120 A função que representa o total a ser pago por mês se a escolha for o plano B é: y=20x+200 Em ambos os casos, y é o total a ser pago e x é o número de consultas marcadas mensalmente. Para encontrarmos o ponto de equilíbrio, ou seja, o número de consultas mensais que iguala o total a ser pago, independente do plano escolhido, precisamos igualar as funções: 40x+120=20x+200 Logo: 40x+120=20x+200 40x-20x=200-120 20x=80 x=80/20 x=4 Já sabemos que se esse trabalhador tem o hábito de marcar 4 consultas por mês, tanto o plano A quanto o plano B terão o mesmo valor. Se o número de consultas mensais marcadas for menor do que 2 2 2 m 11304 6003x14,3 06x14,3 A A A rA 4, o plano A é melhor pois como tem uma mensalidade menor, será financeiramente mais viável. Mas se o número de consultas for maior do que 4 por mês o plano B e melhor, pois tem um custo por consulta menor do que o plano A e, nesse caso, é mais viável para um número grande de consultas. Para entendermos melhor o que vimos até aqui, vamos assistir ao vídeo do Prof. Ricardo sobre aplicações de funções polinomiais em problemas reais. Para isso, acesse o material on-line! Na prática Um projeto de pesquisa desenvolvido na Universidade Federal do Rio Grande do Sul, no Laboratório de Aerodinâmica das Construções, se refere a uma gigantesca tela de formato circular utilizada para proteger uma imensa pilha de cavaco, matéria-prima utilizada na fabricação de celulose. Sabendo que o diâmetro dessa tela é de 120 metros, calcule a área circundada pela estrutura. Resolução Sabemos que a relação entre a área e o raio de um círculo é dada pela função potência 2rA Onde A é a área do círculo, r é a medida do raio e é uma constante cujo valor aproximado é igual a 3,14. Como o diâmetro é de 120 metros, o raio é igual à metade do diâmetro, ou seja, igual a 60 metros. Portanto: Logo, a área é de 11.304 metros quadrados. Síntese Chegamos ao final da aula! Aprendemos sobre funções potência e também sobre funções polinomiais. Agora já sabemos sobre diversas aplicações relacionadas a elas e também sobre raízes e ponto de equilíbrio. Para que possamos aprender mais, vamos ler os capítulos 9 e 10 da obra Pré-Cálculo dos autores Franklin D. Demana, Bert K. Waits, Gregory D. Foley e Daniel Kennedy, 2a edição, editora Pearson, disponível na Biblioteca Virtual. Até a próxima! Referências DEMANA, F.D.; WAITS, B.K.; FOLEY, G.D.; KENNEDY, D. Pré- Cálculo. 2a Ed, São Paulo, Pearson, 2013.
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