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EP 04 – 2017-1 – Transformações de Gráficos Pré-Cálculo Página 1 de 10 CEDERJ EP 04 Pré-Cálculo ____________________________________________________________________________ Caro aluno Trabalhou bastante no EP03 – Funções Elementares e Leitura Gráfica? Conhecer bem as funções abordadas no EP03 vai ajudá-lo muito a fazer os exercícios do EP04. Vamos partir das funções mais simples abordadas no EP03 e com as transformações nos gráficos dessas funções: translações, reflexões, alongamentos ou compressões, modulações, que estudaremos agora, você será capaz de construir gráficos de funções muito mais elaboradas, que nem imaginaria ser capaz de construir tão cedo, no nosso curso! Por exemplo, você poderá esboçar o gráfico de função como: 253)( xxf , 𝑔(𝑥) = 4 |𝑥−1|−2 O conteúdo desta semana você encontra no livro de Pré-Cálculo, Volume 2, Módulo 4, nas Aulas 24 e 25. Nessas aulas você encontrará também conteúdos que abordaremos nas próximas semanas, mas tenho certeza que você conseguirá dar conta dessa leitura. Você pode iniciar o seu estudo pelo EP04 e usar esse estudo como orientação para a leitura do material impresso. Muito importante para a compreensão das transformações nos gráficos das funções são os APPLETS que colocamos na Sala da Disciplina Pré-Cálculo. Acompanhem o estudo desse EP com os applets. Eles são dinâmicos e muitas vezes explicam melhor que as palavras do texto. Vamos então, às transformações em gráficos de funções. EP 04 – 2017-1 – Transformações de Gráficos Pré-Cálculo Página 2 de 10 Translações Operações em )( xfy Somar uma constante positiva c a )( xf Subtrair uma constante positiva c de )( xf Somar uma constante positiva c a x Subtrair uma constante positiva c de x Nova equação cxfy )( cxfy )( )( cxfy )( cxfy Efeito Geométrico Translada o gráfico de )( xfy , c unidades para cima Translada o gráfico de )( xfy , c unidades para baixo Translada o gráfico de )( xfy , c unidades para a esquerda Translada o gráfico de )( xfy , c unidades para a direita Exemplos 2)( xxf e 2)()( xfxg 2)( 2 xxg 2)( xxf e 2)()( xfxg 2)( 2 xxg 2)( xxf e )2()( xfxg 2)2()( xxg 2)( xxf e )2()( xfxg 2)2()( xxg Observe que subtrair uma constante positiva 𝒄 de 𝒇(𝒙) equivale a somar uma constante negativa 𝒌 = −𝒄 a 𝒇(𝒙) . No exemplo ao lado, podemos considerar 𝒄 = 𝟐 > 𝟎 ou 𝒌 = −𝟐 < 𝟎 𝒇(𝒙) = 𝒙𝟐 𝒈(𝒙) = 𝒇(𝒙) − 𝟐 equivale a 𝒈(𝒙) = 𝒇(𝒙) + (−𝟐) 𝒈(𝒙) = 𝒙𝟐 − 𝟐 equivale a 𝒈(𝒙) = 𝒙𝟐 + (−𝟐) Dizer que a translação horizontal é de 𝑐 = 2 unidades para baixo equivale a dizer que a translação é de |𝑘| = |−2| = 2 unidades para baixo. EP 04 – 2017-1 – Transformações de Gráficos Pré-Cálculo Página 3 de 10 Antes de falarmos em “Reflexões”, vamos lembrar, que dado um ponto ),( yxP no plano cartesiano então: • o ponto simétrico de ),( yxP em relação ao eixo 𝑥 é o ponto ).,(1 yxP • o ponto simétrico de ),( yxP em relação ao eixo 𝑦 é o ponto ).,(2 yxP Reflexões e Simetrias Operações em )( xfy Multiplicar x por 1 ou, equivalentemente, Substituir x por x Multiplicar )( xf por 1 ou, equivalentemente, Substituir )(xf por )(xf Nova equação )( xfy )( xfy Efeito Geométrico Reflete o gráfico de )( xfy em torno do eixo 𝑦. Isso significa que os gráficos de 𝑓(𝑥) e de 𝑓(−𝑥) são simétricos em relação ao eixo 𝑦. Reflete o gráfico de )( xfy em torno do eixo 𝑥. Isso significa que os gráficos de 𝑓(𝑥) e de −𝑓(𝑥) são simétricos em relação ao eixo 𝑥. Exemplos xxf )( e xxfxg )()( xxf )( e xxfxg )()( EP 04 – 2017-1 – Transformações de Gráficos Pré-Cálculo Página 4 de 10 Modulações e Simetrias Operações em )( xfy Modular )( xf : )( xf Modular a variável x : | x | Nova equação 0)(,)( 0)(,)( )( xfsexf xfsexf xfy 0,)( 0,)( )||( xsexf xsexf xfy Efeito Geométrico Mantém o gráfico de )( xf na parte do gráfico em que 0)( xf e faz uma reflexão em torno do eixo 𝑥, da parte do gráfico onde 0)( xf . Isso significa que na parte do gráfico em que 𝑓(𝑥) ≥ 0 os gráficos de 𝑓(𝑥) e de |𝑓(𝑥)| são coincidentes e na parte do gráfico em que 𝑓(𝑥) < 0 os gráficos de 𝑓(𝑥) e de |𝑓(𝑥)| são simétricos em relação ao eixo 𝑥. Mantém o gráfico de )( xf na parte do gráfico em que 0x e reflete essa mesma parte do gráfico em torno do eixo 𝑦 e a parte do gráfico de )( xf em que 0x é eliminada. Isso significa que na parte do gráfico de 𝑓(𝑥) em que 𝑥 ≥ 0 os gráficos de 𝑓(𝑥) e 𝑓(|𝑥|) são simétricos em relação ao eixo 𝑦. Exemplos 1)( 2 xxf e 1)()( 2 xxfxg 2)1()( xxf e )|(|)( xfxg 2)1|(|)( xxg EP 04 – 2017-1 – Transformações de Gráficos Pré-Cálculo Página 5 de 10 Outro exemplo dessa tabela de modulações: Dado ao lado o gráfico de 0,2 0,1 )( xsex xsex xf , construir o gráfico de: a) )()( xfxg b) )|(|)( xfxh c) )|(|)( xfxh ________________________________________________________________ Alongamentos (ou esticamentos ou ampliações) Compressões (ou reduções) Horizontais e Verticais Operações em )( xfy Multiplicar )( xf por uma constante 1, kk Ex. 4,2k Multiplicar )( xf por uma constante 10, kk Ex. 3 2k Multiplicar x por uma constante 1, kk Ex. 4,2k Multiplicar x por uma constante 10, kk Ex. 3 2k Nova equação )(xfky )( xfky )( xkfy )( xkfy Efeito Geométrico Esticar o gráfico de )( xfy , verticalmente por um fator multiplicativo de k unidades. Comprimir (ou reduzir) o gráfico de )( xfy , verticalmente por um fator multiplicativo de k unidades. Comprimir o gráfico de )( xfy , horizontalmente por um fator multiplicativo de k 1 unidades. Esticar o gráfico de )( xfy , horizontalmente por um fator multiplicativo de k 1 unidades. EP 04 – 2017-1 – Transformações de Gráficos Pré-Cálculo Página 6 de 10 Exemplos dessa tabela: 1- Dado o gráfico de )( xfy , construir o gráfico de )( xfcy , com 1c . Por exemplo: 𝑓(𝑥) = 3 − 𝑥2 Já sabemos fazer o gráfico dessa função, é uma reflexão no eixo 𝑥 da função elementar 𝑦 = 𝑥2, seguida de translação vertical de 3unidades para cima. 𝑔(𝑥) = 2𝑓(𝑥) = 2(3 − 𝑥)2 (esticado verticalmente, com fator multiplicativo 2). Observe que o gráfico se afasta do eixo 𝑥. Observe também que as raízes dessa função não se alteram. ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 2- Dado o gráfico de )( xfy , construir o gráfico de )( xfcy , com 10 c . Por exemplo: 𝑓(𝑥) = 3 − 𝑥2 Já sabemos fazer o gráfico dessa função, é uma reflexão no eixo 𝑥 da função elementar 𝑦 = 𝑥2, seguida de translação vertical de 3 unidades para cima. 𝑔(𝑥) = 1 2 𝑓(𝑥) = 1 2 (3 − 𝑥)2 (comprimido verticalmente, com fator multiplicativo 1 2 ). Observe que o gráfico se aproxima do eixo 𝑥. Observe também que as raízes dessa função não se alteram. ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- EP 04 – 2017-1 – Transformações de Gráficos Pré-Cálculo Página 7 de 10 3- Dado o gráfico de )( xfy , construir o gráfico de )( xcfy , com 1c . Por exemplo: 𝑓(𝑥) = 5 − 𝑥2 Já sabemos fazer o gráfico dessa função, é uma reflexão no eixo 𝑥 da função elementar 𝑦 = 𝑥2, seguida de translação vertical de 5 unidades para cima. 𝑔(𝑥) = 𝑓(2𝑥) = 5 − (2𝑥)2 (comprimido horizontalmente, com fator multiplicativo 1 2 ). Observe que o gráfico se aproxima do eixo 𝑦. Observe, que neste caso, as raízes dessa função se alteram. ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 4- Dado o gráfico de )( xfy , construir o gráfico de )(cxfy "com 10 c ". Por exemplo: 𝑓(𝑥) = 5 − 𝑥2 Já sabemos fazer o gráfico dessa função, é uma reflexão no eixo 𝑥 da função elementar 𝑦 = 𝑥2, seguida de translação vertical de 5 unidades para cima. 𝑔(𝑥) = 𝑓 ( 𝑥 2 ) = 5 − ( 𝑥 2 ) 2 (comprimido horizontalmente, com fator multiplicativo 1 1 2 = 2 ). Observe que o gráfico se afasta do eixo 𝑦. Observe, que neste caso, as raízes dessa função se alteram. ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- EP 04 – 2017-1 – Transformações de Gráficos Pré-Cálculo Página 8 de 10 5- Dado o gráfico de )( xfy , construir o gráfico de )(cxfdy , com 10 c e 10 d . Por exemplo: 𝑓(𝑥) = 5 − 𝑥2 Já sabemos fazer o gráfico dessa função, é uma reflexão no eixo 𝑥 da função elementar 𝑦 = 𝑥2, seguida de translação vertical de 5 unidades para cima. 𝑔(𝑥) = 1 2 𝑓 ( 𝑥 2 ) = 1 2 (5 − ( 𝑥 2 ) 2 ) (esticado horizontalmente, com fator multiplicativo 2 1 2 1 ). (comprimido verticalmente, com fator multiplicativo 2 1 ) Observe que o gráfico se afasta do eixo 𝑦 e em seguida se aproxima do eixo 𝑦. Observe também que se tivéssemos feito primeiro a compressão vertical e depois o esticamento horizontal, o gráfico final seria o mesmo obtido pela outra ordem. Observe, que neste caso, as raízes dessa função se alteram. _____________________________________________________________________________________ E agora, aos exercícios: Exercício 1: Nos itens a), b) e c) a seguir, esboce o gráfico das funções quadráticas num mesmo sistema de coordenadas: a) 2)( xxf ; 2 2 1 )( xxg ; 22)( xxh . O que acontece com o gráfico da função 2)( xxf , quando multiplicamos 2x por uma constante positiva? b) 2)( xxf ; 2)1()( xxg ; 2)1()( xxh . O que acontece com o gráfico da função 2)( xxf , quando à variável x , somamos ou subtraímos uma constante positiva? c) 2)( xxf ; 2)( 2 xxg ; 2)( 2 xxh . O que acontece com o gráfico da função 2)( xxf , quando à variável y , somamos ou subtraímos uma constante positiva? Note que realmente, a constante foi somada ou subtraída da variável y . d) Levando em consideração as informações obtidas nos itens acima, esboce o gráfico das funções abaixo, a partir do gráfico da função elementar 2xy . Explique as transformações que ocorreram. 2)1()( 2 xxg e 1)2()( 2 xxh Identifique o vértice e o eixo de simetria de cada uma dessas parábolas. _____________________________________________________________________________________ EP 04 – 2017-1 – Transformações de Gráficos Pré-Cálculo Página 9 de 10 Exercício 2: Seja a função 2)( xxf , para 11 x . Em cada item escreva uma lei para uma função que: a) Estique verticalmente o gráfico de f por um fator multiplicativo .3 Dê o domínio e a imagem dessa nova função e esboce o seu gráfico. b) Comprima verticalmente o gráfico de f por um fator multiplicativo 1 2 . Dê o domínio e a imagem dessa nova função e esboce o seu gráfico. c) Estique horizontalmente o gráfico de f por um fator multiplicativo 4 . Dê o domínio e a imagem dessa nova função e esboce o seu gráfico. d) Comprima horizontalmente o gráfico de f por um fator multiplicativo 1 2 . Dê o domínio e a imagem dessa nova função e esboce o seu gráfico. _____________________________________________________________________________________ Exercício 3: Esboce os gráficos das funções listadas abaixo. Eles podem ser obtidos do gráfico da função xxf )( por meio de translações horizontais e/ou translações verticais e/ou reflexões em torno dos eixos coordenados e/ou modulações. Explique as transformações ocorridas. a) 4)( xxg b) 2)( xxh c) 2)( xxj d) 2)( xxm e) 25)( xxn f) 34)( xxu g) 34)( xxv . _____________________________________________________________________________________ Exercício 4: Considere as parábolas de equações 𝑥 = 𝑦2 e 𝑥 = −𝑦2 desenhadas ao lado. Considere o gráfico da função elementar 𝑓(𝑥) = √𝑥, que é parte da parábola 𝑥 = 𝑦2. Para cada função 𝑓1(𝑥) = −√𝑥 𝑓2(𝑥) = √−𝑥 𝑓3(𝑥) = −√−𝑥 𝑓4(𝑥) = √|𝑥| 𝑓5(𝑥) = −√|𝑥|, faça o que se pede em cada item. (a) Determine o domínio da função. (b) Esboce o seu gráfico usando reflexões e/ou modulações a partir do gráfico da função elementar 𝑓(𝑥) = √𝑥. (c) Observe o gráfico e dê a imagem da função. (d) O gráfico obtido no item (b) é parte ou união de partes das parábolas de equações 𝑥 = 𝑦2 e/ou 𝑥 = −𝑦2. Relacione o gráfico ou cada parte do gráfico obtido no item (b), com uma das duas equações, citando em quais intervalos do eixo 𝑥 e do eixo 𝑦 a equação é identificada. Para relacionar será preciso substituir o nome da função (𝑓1 , 𝑓2 , 𝑓3 , 𝑓4 ou 𝑓5) por 𝑦 para obter uma equação nas variáveis 𝑥 e 𝑦, depois elevar essa equação ao quadrado. _____________________________________________________________________________________ EP 04 – 2017-1 – Transformações de Gráficos Pré-Cálculo Página 10 de 10 Exercício 5: Esboce os gráficos das funções listadas abaixo. Eles podem ser obtidos do gráfico de uma função "elementar" por meio de translações horizontais e/ou translações verticais e/ou reflexões em torno dos eixos coordenados e/ou modulações. Identifique essa função "elementar" e as transformações ocorridas. Determine o domínio e a imagem de cada uma delas. a) 23)( xxFb) 41)( xxG c) 29)( xxH d) xxJ 43)( e) 34)( xxK f) 34)( xxL . _____________________________________________________________________________________ Exercício 6: Esboce os gráficos das funções listadas abaixo. Eles podem ser obtidos do gráfico de uma função "elementar" por meio de translações horizontais e/ou translações verticais e/ou reflexões em torno dos eixos coordenados e/ou modulações. Identifique essa função "elementar" e as transformações ocorridas. Determine o domínio e a imagem de cada uma delas. a) 21)( xxF b) 1)1()( 3 xxG c) 3 2 1 )( x xH . d) Esboce os gráficos das funções 𝑓(𝑥) = √𝑥 − 1 3 + 1 , 𝑔(𝑥) = (𝑥 − 1)3 + 1 . Além de identificar as funções "elementares" e as transformações ocorridas, esboce os gráficos intermediários. Esboce num mesmo par de eixos os gráficos das funções 𝑓(𝑥) = √𝑥 − 1 3 + 1 , 𝑔(𝑥) = (𝑥 − 1)3 + 1 e 𝑦 = 𝑥. Observe a relação que existe entre esses gráficos. _____________________________________________________________________________________ Exercício 7: Faça o gráfico de cada função começando com o gráfico de uma função elementar e então aplicando as transformações apropriadas: translações horizontais, translações verticais, alongamentos, compressões, reflexões, modulações. Explique quais são essas transformações. Determine o domínio e a imagem de cada uma delas. a) 2 2 1 )( xxf b) 2 2 1 )( xxg c) 2 2 1 2 1 )( xxh d) 2 2 1 2)( xxj e) 22 2 1 )( xxr f) 222)( xxs _____________________________________________________________________________________ Bom trabalho!
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