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Conversa inicial Olá! Seja bem-vindo à nossa terceira aula. Nela, iremos abordar um tema muito importante e constantemente presente em nossas vidas: as funções. Nesta aula e nas próximas discutiremos sobre o que são funções e como as funções podem ser utilizadas na resolução de diversos problemas práticos. Para começarmos, vamos assistir ao vídeo do professor Ricardo sobre os conteúdos dessa aula no material on-line! Contextualizando As funções estão presentes nas mais diversas situações Quando vamos ao mercado fazer compras, o total a ser pago é dado em função dos produtos comprados, preços e quantidades. As funções podem servir de inspiração para construções dos mais diversos tipos, como o Memorial da Paz de Hiroshima destacado na imagem. A água que sai da mangueira ou de um chafariz descreve um movimento com a forma de uma parábola, curva associada a uma função quadrática. Pré-Cálculo - Aula 03 Prof.: Ricardo Zanardini As funções podem descrever também a trajetória de objetos. Uma bola de futebol, por exemplo, muitas vezes descreve um movimento que acompanha uma parábola. As funções logarítmicas são utilizadas no estudo da intensidade de terremotos, pois são muito adequadas a problemas que envolvem grandezas com uma grande amplitude de valores. As intensidades dos terremotos têm uma amplitude de valores muito grande. Na escala Richter, a magnitude M de um terremoto é igual ao logaritmo da razão entre sua intensidade física I e a intensidade física Io de um terremoto tomado como padrão. Logo: M = log(I/Io) Na química, podemos utilizar funções logarítmicas para medirmos a acidez de soluções que está relacionada com a concentração do íon hidrogênio. A concentração do íon hidrogênio [H+] pode variar desde 100 mol/L até 10-14 mol/L. O pH é o logaritmo decimal do inverso da [H+]. Logo: pH = log (1 / [H+]) Funções e suas propriedades As funções estão presentes em diversos problemas do nosso cotidiano. Desde situações simples, tais como a compra de alguns produtos até problemas mais específicos, como, por exemplo, um estudo sobre o crescimento populacional ou até mesmo a estimativa do tempo da morte de uma pessoa. Antes de começarmos as nossas explicações, vamos assistir a um vídeo sobre a importância das funções: https://www.youtube.com/watch?v=84VbUs8GNfg Funções Diversas relações entre grandezas podem ser descritas através de funções. Uma função de uma variável é uma relação que existe entre elementos x e y pertencentes a dois conjuntos distintos, um chamado de domínio e o outro de contradomínio. Essa relação não é uma relação qualquer, pois existe uma característica importante para que tenhamos uma função. A condição é que cada elemento do domínio, o conjunto dos possíveis valores da variável independente x esteja relacionado a um único elemento do contradomínio, conjunto das variáveis dependentes. Todos os elementos do contradomínio que estão relacionados aos elementos do domínio formam um conjunto chamado de conjunto imagem. O conjunto imagem é um subconjunto do contradomínio, ou seja, os elementos do conjunto imagem também são elementos do contradomínio. Em alguns casos podemos ter a imagem igual ao contradomínio. A variável y é chamada de variável dependente, pois é uma consequência do valor de x, ou seja, y depende de x. A figura a seguir ilustra o que é o domínio e o que é o contradomínio de uma função. Já sabemos que para que uma relação entre elementos de dois conjuntos seja uma função, cada elemento do domínio deve estar associado a um único elemento do contradomínio. A figura a seguir mostra isso. No entanto, muitas vezes podemos ter relações que não são classificadas como funções. Isso ocorre quando um valor da variável independente x está associado a dois ou mais valores. A figura abaixo ilustra isso. Mas, de fato, que problemas podem ser representados por funções? A resposta é bem simples. Na prática, temos diversas situações envolvendo funções. Vamos apresentar algumas aplicações. Primeiro, vamos imaginar a situação onde uma pessoa vai até um supermercado para comprar algumas frutas. Essa pessoa pega 1 quilo de maçã, dois quilos de banana e uma dúzia de laranjas. O total a ser pago pela compra é função da quantidade comprada de cada produto e, para que possamos determinar o total da compra, precisamos também saber qual é o preço cobrado pelas frutas adquiridas. Vamos organizar essas informações em uma tabela para facilitar a resolução do problema: Produto Quantidade Preço Total Maçã 1 kg R$ 5,00 por quilo 1x5=5,00 Banana 2 kg R$ 2,00 por quilo 2x2=4,00 Laranja 1 dúzia R$ 4,00 por dúzia 1x4=4,00 Total da compra --- --- 5+4+4=13,00 Nesse caso, conhecendo o preço das frutas e as quantidades que foram compradas, podemos determinar o total da compra a partir da soma dos valores que serão pagos pelos produtos adquiridos em função das quantidades de cada um deles. Logo, no caso dessa compra, o total a ser pago é dado em função das quantidades adquiridas de cada produto. Essas quantidades são as variáveis do nosso problema. Nos nossos estudos, vamos nos concentrar em funções de uma variável. Como exemplo, podemos relacionar a alta do preço da gasolina em função do tempo ou também o lucro de uma empresa em função da quantidade vendida do seu produto. Nessa aula e nas próximas veremos muitas aplicações das funções nas mais diversas áreas do conhecimento. O vídeo a seguir apresenta importantes tópicos relacionados às funções: https://www.youtube.com/watch?v=OcYB_B0IISg&list=PLf4asln_6hSe N868g8mXhAAQfQV6L1nsc&index=33 Domínio e Imagem Inicialmente é interessante falarmos sobre o domínio de uma função, ou seja, os possíveis valores que podem ser atribuídos à variável independente. Mas por que é importante conhecermos o domínio de uma função? Por um motivo bem simples: muitas vezes podemos calcular os valores de uma função para quaisquer valores de x, mas, em outras situações, há restrições em relação aos possíveis valores dessa variável. Para entendermos melhor, vamos analisar alguns exemplos: Vamos considerar, inicialmente, a função x xf 1 . Observe que nesse caso a variável x pode assumir qualquer valor, exceto o zero, pois não é possível efetuarmos uma divisão por zero. Logo, o domínio da função x xf 1 consiste em todos os valores de x pertencentes ao conjunto dos reais tal que x é diferente de zero. Matematicamente podemos escrever o domínio da função como 0, xRxD f . Quanto mais próximo de zero estiver x, mais próximo de ou de estará f(x). O gráfico a seguir apresenta o comportamento da função. Algo parecido acontece com a função 3 1 x xf . Nesse caso, a condição de existência da função é que o denominador seja diferente de zero, ou seja, 03 x . Nesse caso, temos 3x . Logo, o domínio dessa função é 3, xRxD f . Graficamente podemos observar o comportamento da função em torno do ponto x=-3. Vamos agora analisar o domínio da função xxf . Como sabemos, não é possível, dentro do conjunto dos reais, calcularmos a raiz quadrada de um número negativo. Logo, x deve ser maior ou igual a zero. Nesse caso, o domínio da função consiste em todos os números reais maiores ou igual a zero, ou seja, 0, xRxD f . Graficamente, temos: Em relação à função 5 xxf , o domínio consiste em 05 x ou, equivalentemente, 5x .A imagem abaixo mostra o gráfico da função 5 xxf . Além do domínio, temos também a possibilidade de analisarmos a imagem de uma função. Em algumas situações, a imagem de uma função consiste em todos os números reais. Em outros casos, o conjunto imagem consiste em um subconjunto dos reais. Se considerarmos, como exemplo, a função f(x)=2x, o conjunto imagem (Im) de f consiste em todos os números reais. Podemos escrever, então, que Im=R. O gráfico a seguir ilustra esse fato. Em relação à função y=x2, o conjunto imagem consiste em todos os números reais não negativos. Isso ocorre por que qualquer número elevado ao quadrado é igual a zero ou positivo e nunca menor do que zero. Logo, 0/RIm yy . O gráfico ilustra o comportamento da função quadrática e, com isso, fica fácil de visualizar a imagem da função. Veja como os gráficos podem ser úteis para que possamos analisar melhor o comportamento das funções. O vídeo a seguir apresenta como os diversos tipos de gráficos podem ser úteis para nós: https://www.youtube.com/watch?v=Dox- GTZVEhA&list=PLf4asln_6hSeN868g8mXhAAQfQV6L1nsc&index=38] Continuidade de Funções De acordo com as suas características, podemos classificar as funções como contínuas ou descontínuas. Uma função é dita contínua quando o seu gráfico não possui interrupções. A imagem a seguir apresenta uma função contínua. Por outro lado, quando há qualquer tipo de interrupção na função, dizemos que a função é descontínua. O tipo de descontinuidade da função e pode ser classificado como descontinuidade de salto, removível ou infinita. A descontinuidade de salto, como o nome diz, apresenta um salto no ponto de descontinuidade. O gráfico abaixo ilustra esse tipo de descontinuidade. A descontinuidade removível consiste em uma interrupção da função no ponto de descontinuidade. E, finalmente, a descontinuidade infinita ocorre quando, no ponto de descontinuidade, a função tende a infinito. O vídeo a seguir ilustra a relação entre funções descontínuas e problemas do cotidiano: https://www.youtube.com/watch?v=Axalqv09SpE&index=15&list=PLf4 asln_6hSeN868g8mXhAAQfQV6L1nsc Funções Crescentes Sempre que, ao aumentarmos o valor da variável independente, a variável dependente tem um acréscimo no valor, temos uma função crescente. Uma função pode ser crescente para todo o domínio ou em um determinado intervalo. De um modo geral, uma função é dita crescente quando 1212 yyxx . O gráfico a seguir ilustra esse fato. O preço total referente à compra de uma certa quantidade de garrafas de água é um exemplo de uma função crescente. Quanto maior o número de garrafas compradas, maior é o total a ser pago por elas. Funções Decrescentes Se ao aumentarmos o valor da variável independente temos uma redução no valor da variável dependente, a função é dita decrescente. Assim como no caso de uma função crescente, uma função pode ser decrescente em todo o domínio ou em um certo intervalo. E uma função é decrescente, temos que 1212 yyxx . Uma função decrescente representa, por exemplo, o tempo para a realização de uma determinada atividade. Quanto maior o número de pessoas envolvidas, menor o tempo total para a realização desse trabalho. Funções Constantes Se há alteração no valor da variável independente, mas mesmo assim não há alteração no valor da variável dependente, a função é dita constante. Para as funções constantes, temos que 1212 yyxx . Para entendermos o que é uma função constante, podemos imaginar o salário mínimo que, em um determinado intervalo de tempo, não se altera com o passar do tempo. Extremos de Funções (Máximos e Mínimos) Em muitas aplicações do cotidiano, queremos o maior lucro possível, a maior audiência possível... por outro lado, também queremos minimizar custos ou a utilização de matérias-primas. Nesse caso, as funções podem ser muito úteis. Com o auxílio das funções podemos determinar máximos e mínimos de problemas práticos. No gráfico abaixo, o ponto x1 indica um máximo local da função, ou seja, em torno do ponto x1 a função assume o maior valor exatamente em x1. O ponto x2 indica um mínimo local. Note que em torno desse ponto, a função assume o menor valor no ponto x2. Mais adiante estudaremos diversos problemas envolvendo máximos e mínimos de funções. Simetria Para finalizarmos, vamos abordar a simetria de funções. O que é simetria? A simetria é a correspondência em forma, grandeza e posição de partes situadas em lugares opostos de uma reta ou plano ou também em torno de um centro ou de um eixo. No caso das funções, temos a simetria em relação ao eixo y e também a simetria em relação à origem do sistema de eixos coordenados. Quanto à simetria em relação ao eixo y, a função é dita função par, pois xfxf . O gráfico abaixo ilustra bem isso. Para que possamos entender melhor, vamos observar, por exemplo, a função 2xy . A tabela a seguir apresenta os valores funcionais para alguns valores de x. x y=x2 -3 9 -2 4 -1 1 0 0 1 1 2 4 3 9 Observe que tanto f(1) como f(-1) são iguais a 1, f(2) e f(-2) são iguais a 4, f(3) e f(-3) são iguais a 9 e assim por diante, ou seja, a função 2xy é um exemplo de função par e, consequentemente, é simétrica em relação ao eixo y. O gráfico a seguir ilustra esse fato. Quando uma função é simétrica em relação à origem, ela é dita função ímpar. No caso de uma função ímpar, temos a relação xfxf . Como exemplo, vamos considerar a função 3xy . A relação entre os valores de x e de y pode ser analisada na tabela a seguir. x y=x3 -3 -27 -2 -8 -1 -1 0 0 1 1 2 8 3 27 Como xfxf para todo x pertencente ao domínio, a função 3xy é uma função ímpar e, nesse caso, simétrica em relação à origem. A figura a seguir mostra o gráfico da função 3xy . 1) Nas funções abaixo, determine o domínio de cada uma. a) b) c) +3 d) e) f) g) h) i) j) Resolução: a) Neste caso o domínio é o conjunto dos Reais, pois não ocorre nenhuma situação de restrição, ou . b) Para esta função linear, o domínio é o conjunto dos reais devido não haver restrições presentes, ou . c) Para esta situação, observa-se que a função +3 apresenta denominador, onde não é aceito valor nulo, ou seja, o denominador deve ser diferente de zero, ou ainda . O domínio será ou . d) Para esta situação, ocorre um denominador, porém neste aparece uma constante, o que não é uma restrição para domínio. Tem-se como solução o conjunto dos Reais, ou . e) Na função observa-se a ocorrência de raiz de índice par, o que implica no radicando ser maior ou igual a zero. Tem-se , com valores aceitos para x, ou ou . f) Na função ocorre uma raiz de índice par no denominador, sendo uma dupla restrição, ou seja, o radicando somente pode ser positivo. Para o domínio tem-se ou . g) Para a função não há restrições pois a raiz apresenta índice ímpar, e as restrições ocorrem para raízes de índice par. Domínio é o conjunto dos Reais, ou . h) Na função tem-se ocorrência de raiz de índice par (4) (deve-se ter o radicando maior ou igual a zero) no denominador (deve ser diferente de zero), restando os valores maiores que zero para a variável x. , ou . i) Para a função ocorrem duas frações, onde os denominadores não podem ser nulos.Para o primeiro denominador tem-se ou . Para o segundo denominador tem-se ou O domínio para esta função é ou . Na função observa-se a ocorrência de uma raiz de índice par no denominador. Desta forma ou ou ou . Para o domínio tem-se ou . 2) Trace os gráficos das funções dadas, e classifique quanto a continuidade e descontinuidade. Em caso de funções descontínuas, identifique o tipo da descontinuidade (salto, removível ou infinita). a) . b) c) d) e) Resolução: Uma função é contínua quando o traçado de seu gráfico pode ser feito sem retirarmos o lápis do papel, ou seja, sem interrupções no traçado. As descontinuidades podem ser de três tipos: salto, removível ou infinita. As descontinuidades por salto podem ocorrer em funções que sejam definidas por equações diferentes para cada região do domínio real As descontinuidades removíveis e infinitas ocorrem devido a presença da variável (x) no denominador da equação de definição da função. As descontinuidades removíveis ocorrem em funções onde o numerador pode ser fatorado e permita simplificação com a expressão do denominador. As descontinuidades infinitas ocorrem quando não há possibilidade de fatoração de numerador ou denominador e posterior simplificação da equação. À esquerda do valor de x (que não pertence ao domínio), a função tende a infinito (negativo ou positivo) e à direita do valor de x (que não pertence ao domínio), a função tende a infinito (positivo ou negativo). a) A função é contínua porque não apresenta denominador. b) A função é descontínua, porque no denominador tem-se o fator , ou seja, com a variável x. Este denominador nunca poderá ser nulo, pois não é possível realizar divisão por zero. Deve-se fazer ou O domínio são todos os valores reais, com exceção de . Observando o numerador é possível reescrever por fatoração Pode-se escrever a equação original como e simplificar o fator do numerador e do denominador, resultando . Quando ocorre a simplificação ocorre a remoção da descontinuidade. O Wimplot apresenta o gráfico após a remoção da descontinuidade. Antes da remoção da descontinuidade o gráfico seria uma reta com o ponto (-2,1) em aberto. c) A função apresenta a variável x no denominador, fazendo com que ou . O domínio será o conjunto dos reais com exceção de . No numerador não é possível realizar fatoração, logo não haverá possibilidade de simplificação e remoção da descontinuidade. Observa-se que à esquerda de x = 1, o traçado do gráfico mostra que o valor de y tende a menos infinito e à direita de x = 1, o valor de y tende a mais infinito A descontinuidade é infinita. d) A função é contínua, porque não ocorre a variável x no denominador da equação. Tem-se apenas o valor 3 no denominador (que é uma constante). e) A função é descontínua, com duas descontinuidades. A equação pode ser reescrita por fatoração, como . As descontinuidades ocorrem em e . É possível simplificar a expressão resultando . Quando ocorre uma simplificação, uma descontinuidade é removida ( em ). Resta uma descontinuidade (infinita) em . 3) Classifique as funções abaixo em relação a paridade (função par, função ímpar, ou função nem par nem ímpar). a) b) c) d) . e) f) g) Resolução: a) Para a função verificando: . Função PAR b) Para a função verificando: . Função NEM PAR NEM ÍMPAR. c) Para a função verificando: FUNÇÃO NEM PAR NEM ÍMPAR. d) Para a função testando: . FUNÇÃO PAR. e) Para testando . FUNÇÃO ÍMPAR. f) Para a função verificando: . FUNÇÃO PAR. g) Considerando a função testando: . FUNÇÃO NEM PAR NEM ÍMPAR. Acessando o material on-line, assista ao vídeo do Prof. Ricardo sobre funções e suas propriedades! Funções lineares Agora que já sabemos o que é uma função e que também conhecemos diversas propriedades, vamos estudar algumas das mais importantes funções de uma variável. Vamos começar com as funções lineares, também conhecidas como função do primeiro grau. Mas o que é uma função linear e onde podemos utilizar esse tipo de função? É isso o que vamos aprender a seguir. Vamos, inicialmente, assistir a um vídeo bem interessante sobre funções lineares, também conhecidas como funções afim. https://www.youtube.com/watch?v=DPDUdPEu- IA&list=PLf4asln_6hSeN868g8mXhAAQfQV6L1nsc&index=56 Função do primeiro grau Uma função é dita função linear ou função do primeiro grau quando essa função tem a forma baxy onde a e b são constantes e 0a . O termo a é o coeficiente angular e indica a taxa de crescimento ou de decrescimento da função é o termo b é o coeficiente linear que indica o ponto no qual o gráfico da função linear intercepta o eixo y. Para que possamos entender melhor o que é uma função linear e onde essas funções podem ser utilizadas, vamos considerar uma panificadora que vende pães de queijo por R$ 0,50 cada. Nesse caso, o valor a ser pago por uma certa quantidade de pães de queijo é dado em função do número de pães de queijo comprados. Como cada pão de queijo custa R$ 0,50, a função que relaciona o preço P com a quantidade x de pães de queijo é P=0,5x. Sendo assim, a tabela abaixo apresenta o total a ser pago em função da quantidade comprada. Quantidade Total (R$) 0 0,00 1 0,50 2 1,00 3 1,50 4 2,00 5 2,50 Podemos ilustrar essa situação através de um gráfico. Uma função do tipo y=ax+b é chamada de linear, pois o gráfico é uma linha reta. Se o coeficiente de x for positivo, a função é crescente e se o coeficiente de x for negativo, a função é decrescente: se a>0, a função é crescente se a<0, a função é decrescente. Podemos utilizar funções lineares em diversos problemas práticos. Para ilustrarmos uma aplicação de função linear, vamos pensar em um proprietário de uma barraca de cachorro quente que lucra R$ 1,50 por unidade vendida, ou seja, se um determinado tipo de cachorro quente tem um preço de custo de R$ 2,00, então esse cachorro quente é vendido por R$ 3,50 ou se um determinado tipo tem um custo equivalente a R$ 4,50, esse mesmo tipo de cachorro quente é vendido por R$ 6,00. Vamos supor ainda que esse comerciante tem por mês custos fixos tais como salário de um ajudante, encargos, gastos com gás e energia elétrica, entre outros, que totalizam R$ 2.000,00 por mês. Nesse caso, a função que relaciona o lucro mensal com a quantidade de cachorros quentes vendida corresponde a 1,50 vezes o número de cachorros quentes vendidos durante o mês menos os custos fixos que correspondem a R$ 2.000,00, ou seja, L(x)=1,50x-2000. Essa função é útil para que possamos estimar o lucro mensal em função das vendas ou também para que possamos determinar quantos cachorros quentes devem ser vendidos para que o comerciante possa pagar os custos fixos. A tabela a seguir apresenta o lucro referente a alguns valores referentes à venda mensal. Venda mensal (unidades) Lucro(R$) 0 -2.000,00 1.000 -500,00 2.000 1.000,00 3.000 2.500,00 4.000 4.000,00 5.000 5.500,00 Podemos observar que quanto maior a quantidade vendida, maior é o lucro desse comerciante. É também importante ressaltar que nesse exemplo estamos considerando apenas os cachorros quentes. No entanto, também é possível considerar a venda de água, sucos ou refrigerantes. Considerando ainda a função L(x)=1,50x-2000, podemos determinarquantos cachorros quentes precisam ser comercializados para que os custos fixos possam ser pagos. Para isso, faremos L=0, pois pagar os custos fixos significa que não haverá falta, mas também não haverá sobra de dinheiro. 33,333.1 5,1 2000 20005,1 020005,1 0 x x x x L Igualando a função 1,5x-200 a zero, temos que x deve ser igual a 1.333,33 unidades vendidas por mês. Como os cachorros quentes são vendidos inteiros, o comerciante precisa vender 1.334 unidades para pagar os custos mensais fixos. É claro que temos diversas outras aplicações de funções lineares. Uma sugestão é a leitura do texto a seguir: http://www.matematicadidatica.com.br/FuncaoAfim.aspx 1) Para as funções a seguir, identifique as lineares (ou de primeiro grau), determinando o ponto de intersecção com o eixo das abcissas, se a função é crescente ou decrescente e traçando seu gráfico. a) b) c) d) e) f) g) Resolução: a) Função linear. Para o ponto de intersecção faz-se e isolando x vem e . O ponto de intersecção é . A função é crescente pois o valor de “a” é positivo (a>0). b) Função não linear, devido ao termo . c) Função linear. Ponto de Intersecção obtido por ou . As coordenadas do ponto de intersecção são . Função decrescente devido ao valor de “a” ser negativo (-1). d) Função linear. Para o ponto de intersecção faz-se e isolando x vem e . O ponto de intersecção é . A função é crescente devido o valor de “a” ser positivo (a = 4). e) Função linear. Ponto de Intersecção obtido por ou . As coordenadas do ponto de intersecção são . Função decrescente devido ao valor de “a” ser negativo (-2). f) A função é não linear devido ao termo g) A função é não linear devido ao termo . Assista ao vídeo do Prof. Ricardo sobre funções lineares acessando o material on-line! Funções quadráticas Um outro tipo muito comum de função é o que conhecemos como sendo função quadrática, também chamada de função do segundo grau. Vamos assistir a um vídeo bastante interessante sobre funções quadráticas: https://www.youtube.com/watch?v=8DaCpxRstYQ&index=115&list=PL f4asln_6hSeN868g8mXhAAQfQV6L1nsc Função do segundo grau Uma função da forma: cbxaxy 2 Onde a, b e c são constantes e 0a é conhecida como função quadrática ou função do segundo grau. As funções quadráticas estão presentes nas mais variadas situações. Podemos pensar em uma função quadrática como sendo a função que relaciona a variação do preço de um produto com o lucro referente à venda desse produto. Por outro lado, uma pessoa que salta sobre uma poça de água para não se molhar ou um cavalo que salta sobre um obstáculo descrevem no ar um movimento muito próximo do gráfico de uma função quadrática, que é uma parábola. Na física, esses movimentos são conhecidos como movimentos parabólicos. Quando lidamos com problemas envolvendo funções quadráticas, muitas vezes trabalhamos com a função toda. Outras vezes, precisamos apenas dos coeficientes a, b e c. Para que possamos identificar corretamente os coeficientes a, b e c, vamos ver alguns exemplos. a) 842 2 xxy onde a = 2, b = -4 e c = 8 1175 2 xxy onde a = -5, b = 7 e c = -11 xxy 103 2 onde a = -3, b = 10 e c = 0 1002 xy onde a = 1, b = 0 e c = 100. Quando pensamos em uma função quadrática, sabemos que o gráfico é uma parábola. No entanto, essa parábola pode ter a concavidade para cima ou para baixo e isso depende apenas do sinal do coeficiente de x2, ou seja, depende apenas de a. Se 0a , a parábola tem concavidade voltada para cima. Se 0a , a parábola tem concavidade voltada para baixo. A relação entre a concavidade do gráfico de uma parábola e um determinado problema é bastante útil. Se pensarmos, por exemplo, em uma bola de futebol que foi chutada pelo goleiro de um determinado time em direção ao meio de campo, a função quadrática que descreve o movimento descrito por essa bola tem como gráfico uma parábola com a concavidade voltada para baixo. Logo, o coeficiente do termo em x2 é negativo. Podemos também pensar assim: se a parábola tem concavidade para baixo, então essa função quadrática tem um ponto de máximo e se a parábola tem a concavidade voltada para cima, então a função tem um ponto de mínimo. E, para determinarmos qual é o valor de x que implica no ponto de máximo ou ponto de mínimo da função, basta considerarmos a fórmula do x referente ao vértice, chamado, de xv. Podemos dizer que: a b xv 2 . Antes de falarmos mais sobre as coordenadas do vértice, vamos assistir a um vídeo sobre esse assunto: https://www.youtube.com/watch?v=QwryQbKvaqM&list=UUWhuro_dM p3wVDloVCbapDQ As coordenadas do vértice podem ser obtidas pelas fórmulas: a b xv 2 e acb a yv 4 onde 4 2 Observe a figura a seguir. O vértice de uma parábola coincide com a extremidade da função que, como já vimos, pode ser um ponto de máximo ou um ponto de mínimo dessa função. Uma aplicação bastante interessante sobre as coordenadas do vértice pode ser vista a seguir. Exemplo: Sabendo que o lucro referente à venda de rádios FM é dado pela função L(x) = -400x2+6800x+12000 Onde x é o preço de venda de cada rádio, determine: a) O preço que maximiza o lucro b) O lucro máximo Resolução: a) O preço que maximiza o lucro é o valor de x referente ao vértice, que pode ser facilmente calculado utilizando-se a fórmula do xv. a b xv 2 Em primeiro lugar, precisamos dos coeficientes a e b da função: a = -400 b = 6800 O próximo passo é substituirmos esses coeficientes na fórmula. 4002 6800 vx 800 6800 vx 50,8vx Nesse caso, R$ 8,50 é o preço que maximiza o lucro. b) Para determinarmos o lucro máximo, podemos utilizar a fórmula referente ao yv ou também podemos substituir o valor do x encontrado no item anterior na função L(x) = -400x2+6800x+12000. Fazendo então a substituição de x por 8,5 na função quadrática, temos: L(8,5) = -400(8,5)2+6800(8,5)+12000 L(8,5) = -400(72,25)+6800(8,5)+12000 L(8,5) = -28900+57800+12000 L(8,5) = 40.900,00 Portanto, o lucro máximo corresponde a R$ 40.900,00.Além das coordenadas do vértice, podemos também determinar as raízes de uma função quadrática utilizando a fórmula quadrática: acb a b x 4 onde .2 2 . Graficamente, as raízes de uma função quadrática correspondem aos valores de x tais que y seja igual a zero. Uma aplicação do cálculo das raízes de uma função quadrática consiste em determinarmos quais são os preços mínimo e máximo para que a empresa do exemplo anterior tenha lucro. Nesse caso, o primeiro passo é determinarmos as raízes da função L(x) = -400x2+6800x+12000 e, em seguida, considerarmos o intervalo entre as raízes. Veja como é fácil! Primeiro, vamos determinar os coeficientes a, b e c: a = -400 b = 6800 c = 12000 Agora precisamos calcular o valor de : 65440000 1920000046240000 )12000)(400(4)6800( 4 2 2 acb Calculando as raízes, temos: a b x .2 )400.(2 65440000)6800( x 61,18 800 50,14889 80050,80896800 61,1 800 50,1289 800 50,80896800 800 50,80896800 222 111 xxx xxx x Nesse caso, para essa empresa, os preços que fazem com que o lucro seja maior do que zero estão entre -1,61 e 18,61. Logo, - 1,61<x<18,61. 1) Para as funções abaixo, identifique as quadráticas (ou de segundo grau), determinando os pontos de intersecção com o eixo das abcissas, as coordenadas do vértice, a concavidade (para cima ou para baixo), o intervalo de crescimento e de decrescimento, e trace o gráfico correspondente. a) b) c) d) e) f) g) h) i) Resolução: a) A função não é quadrática devido ao termo . b) A função é quadrática com a = 1, b = -5, e c = -6. Pontos de intersecção faz-se que pode ser resolvido por fatoração como sendo . Usando a regra do fator zero, vem resultando e também resultando . Os pontos de intersecção são e . Coordenadas do vértice: e: . O vértice tem coordenadas Concavidade para cima, devido ao coeficiente a >0 (a =1). À esquerda do vértice, a parábola é decrescente ou seja no intervalo e é crescente à direita do vértice, no intervalo . c) A função é quadrática: a = 1, b = -5, e c = 6 Pontos de intersecção faz-se que pode ser resolvido por fatoração como sendo . Usando a regra do fator zero, vem resultando e também resultando . Os pontos de intersecção são e . Coordenadas do vértice: e: . O vértice tem coordenadas Concavidade para cima, devido ao coeficiente a >0 (a =1). À esquerda do vértice, a parábola é decrescente ou seja no intervalo e é crescente à direita do vértice, no intervalo . d) A função é quadrática, a = 1, b = 0 e c = 4. Pontos de intersecção faz-se que pode ser resolvido por fórmula de Bhaskara como sendo: A solução resultou valores complexos, significando que a parábola NÃO intercepta o eixo das abcissas. Coordenadas do vértice: e . O vértice tem coordenadas Concavidade para cima, devido ao coeficiente a >0 (a =1). À esquerda do vértice, a parábola é decrescente ou seja no intervalo e é crescente à direita do vértice, no intervalo . e) A função é quadrática, a = 1, b = 0 e c = -4. Pontos de intersecção faz-se que pode ser resolvido por fatoração como sendo . Usando a regra do fator zero, vem resultando e também resultando . Os pontos de intersecção são e . Coordenadas do vértice: e . O vértice tem coordenadas Concavidade para cima, devido ao coeficiente a >0 (a =1). À esquerda do vértice, a parábola é decrescente ou seja no intervalo e é crescente à direita do vértice, no intervalo . f) A função é quadrática, sendo a = 1, b = -8 e c= 16. Pontos de intersecção faz-se que pode ser resolvido por fatoração como sendo . Usando a regra do fator zero, vem resultando . Ocorreram dois valores iguais para as raízes. Há somente um ponto de intersecção com o eixo das abcissas que é . Coordenadas do vértice: e . O vértice é o coincidente com o ponto de intersecção com o eixo x. Concavidade para cima, devido ao coeficiente a >0 (a =1). À esquerda do vértice, a parábola é decrescente ou seja no intervalo e é crescente à direita do vértice, no intervalo . g) A função é quadrática, com a = -1, b = 0 e c=4. Para os pontos de intersecção faz-se que pode ser resolvido por fatoração como sendo . Usando a regra do fator zero, vem resultando e também resultando . Os pontos de intersecção são e . Coordenadas do vértice: e . Concavidade para baixo, devido ao coeficiente a <0 (a = -1). À esquerda do vértice, a parábola é crescente ou seja no intervalo e é decrescente à direita do vértice, no intervalo . h) A função quadrática tem a = -3, b = 4 e c = 4. Para os pontos de intersecção faz-se que pode ser resolvido por fórmula de Bhaskara como sendo: . Tomando o sinal positivo tem-se . Tomando o sinal negativo tem-se . Os pontos de intersecção são e . Coordenadas do vértice: e Concavidade para baixo, devido ao coeficiente a <0 (a = -3). À esquerda do vértice, a parábola é crescente ou seja no intervalo e é decrescente à direita do vértice, no intervalo . i) A função quadrática tem a = -1, b = 4 e c = 8. Para os pontos de intersecção faz-se que pode ser resolvido por fórmula de Bhaskara como sendo: . Tomando o sinal positivo tem-se: . Tomando o sinal negativo tem-se: . Os pontos de intersecção são e . Coordenadas do vértice: e: Concavidade para baixo, devido ao coeficiente a <0 (a = -1). À esquerda do vértice, a parábola é crescente ou seja no intervalo e é decrescente à direita do vértice, no intervalo . No material on-line, confira o vídeo do Prof. Ricardo sobre funções quadráticas! Gráficos das funções usando o WinPlot Durante essa aula, fizemos vários gráficos de funções. Esses gráficos podem ser feitos manualmente, atribuindo-se valores quaisquer para x e calculando, com base na função a ser representada graficamente, os respectivos valores de y. Depois é só desenhar esses pontos em um sistema de eixos coordenados e ligá-los para que, finalmente, possamos ver o gráfico da função. Mas também é possível fazer o uso de um programa de computador para isso. Por se tratar de um software gratuito e de fácil uso, escolhemos o Winplot para ser utilizado na construção do gráfico de funções. O Winplot é um software com vários recursos e possui uma versão em português. Para podermos utilizar o Winplot, o primeiro passo é fazermos o download: http://math.exeter.edu/rparris/peanut/wppr32z.exe Fazendo isso, irá aparecer a seguinte janela: Agora é só clicarmos em “Download”. Vamos escolher agora o local onde o arquivo será salvo. Geralmente o padrão é a pasta “Downloads”, mas esse local pode ser modificado ou não. Após o download, o próximo passo é descompactar o arquivo que é o próprio Winplot. O Winplot não precisa ser instalado no computador, mas apenas descompactado para que ele possa ser utilizado. Para descompactar o arquivo, vamos clicar duas vezes sobre o arquivo “wppr32z” que acabamos de salvar. Ao clicarmos duas vezes sobre esse arquivo, vamos ver a seguinte janela. Para que possamos escolher o local onde o Winplot será descompactado, vamos clicar em “Browse” e, em seguida, vamos determinar o local de destino desse programa. Escolheremos a Área de Trabalho. Agora é só clicarmos em “OK”. Finalmente, para que possamos concluir esses passos, vamos clicar em “Unzip”. Fazendo isso, temos a seguinte janela informando que o Winplot foi descompactado com sucesso. É só clicar em “OK”. Agora, para podermos desfrutar de todos os recursos do Winplot, é só clicarmos no ícone a seguir que o Winplot irá abrir. A tela inicial do Winplot é bastante simples. O primeiro passo é clicarmos no menu “Janela” e, em seguida, em “2-dim”. Isso por que iremos trabalhar com funções de uma variável, logo, com funções que estão em duas dimensões. Após clicarmos e “2-dim”, o Winplot irá nos apresentar uma tela contendo um plano cartesiano. Vamos ver agora como podemos representar graficamente algumas funções. Primeiro vamos clicar no menu “Equação” e, em seguida, na opção “1. Explícita ...”. Fazendo isso, temos uma tela ondeé possível digitarmos a função que queremos representar graficamente. Inicialmente, a função trigonométrica x.sen(x) já está escrita, mas podemos substituir essa função por uma outra. Vamos fazer o gráfico da função linear y=x+3. Por isso, no lugar de xsin(x) vamos digitar x+3. Agora é só clicarmos em “OK” que teremos o gráfico da função y=x+3. Vamos agora representar graficamente a função y=x2-5x+6. Podemos fechar a janela contendo o gráfico da função que acabamos de representar. Ao fazermos isso, irá aparecer uma janela perguntando se queremos salvar o arquivo semnome1.wp2. Vamos clicar em “não”. Agora é só repetirmos os passos anteriores. Vamos clicar em “Janela” e, em seguida, em “2-dim”. Depois em “Equação” e, em seguida, na opção “1. Explícita ...”. Vamos digitar agora a expressão x^2-5x+6. É importante ressaltar que o símbolo “^” indica a potenciação. Clicando em “OK”, temos o gráfico da função y=x2-5x+6. Se quisermos afastar o gráfico, podemos clicar na tecla “PageDown” e se quisermos aproximar o gráfico, clicamos na tecla “PageUp”. No link a seguir há uma apostila sobre diversos recursos do Winplot. http://math.exeter.edu/rparris/peanut/Explorando%20Winplot%20- %20Vol%201.pdf Utilizando o Winplot, faça o gráfico das seguintes funções: a) y=5x+1 b) y=-5x+1 c) y=2x2+3x+1 d) y=-2x2+3x+1 e) y=2x2-3x+1 Respostas: a) b) c) d) e) Assista no material on-line ao vídeo do professor Ricardo sobre o uso do Winplot para a construção do gráfico de funções! Na prática Vamos colocar em prática alguns dos conhecimentos adquiridos. A figura abaixo mostra a trajetória da água que sai de um chafariz colocado no nível do chão que é horizontal e não apresenta irregularidades. Resolução Primeiro precisamos calcular o valor de xv que está associado à altura máxima. Para isso vamos utilizar a fórmula: a b xv 2 Os coeficientes a e b da função são: a = -0,5 b = 3 Agora é só substituirmos esses coeficientes na fórmula. 5,02 3 vx 1 3 vx Sabe-se que a equação que descreve essa trajetória é: y=-0,5x2+3x Determine a altura máxima atingida pela água e a distância entre o ponto de onde sai a água e o ponto onde ela atinge o solo. 3vx Vamos agora substituir na função y=-0,5x2+3x o valor encontrado para determinarmos a altura máxima da água: y=-0,5x2+3x y=-0,5(3)2+3(3) y=-0,5(9)+9 y=-45+9 y=4,5 Portanto, a altura máxima atingida foi de 4,5 metros. Vamos agora calcular as raízes da função para termos os pontos correspondentes ao local de onde sai a água e o local onde a água atinge o solo. Primeiro, vamos determinar os coeficientes a, b e c: a = -0,5 b = 3 c = 0 Vamos agora calcular o valor de : 9 09 )0)(5,0(4)3( 4 2 2 acb Calculando as raízes, temos: a b x .2 )5,0.(2 9)3( x 6 1 6 1 33 0 1 0 1 33 1 33 222 111 xxx xxx x Como a água partiu do ponto onde x é igual a zero e tocou o solo no ponto onde x é igual a 6, a distância total percorrida foi de 6-0=6, ou seja, de 6 metros. Síntese Chegamos ao final da aula! Vimos o que são funções e suas propriedades. Funções contínuas e descontinuidade de funções também foram abordadas nessa aula. Vimos que é possível identificar quando uma função é crescente, decrescente ou constante. Estudamos diversos aspectos relacionados às funções lineares e também às funções quadráticas. Aprendemos a utilizar o software gratuito Winplot para a construção do gráfico de funções. E sempre é possível aprendermos mais. Por isso, a sugestão é a leitura dos capítulos 7 e 8 da obra Pré-Cálculo dos autores Franklin D. Demana, Bert K. Waits, Gregory D. Foley e Daniel Kennedy, 2a edição, editora Pearson, que pode ser encontrado 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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