Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
IFSC / Funções de 1º e 2º Grau Prof. Júlio César TOMIO Página 1 de 32 ESTUDO DAS FUNÇÕES ELEMENTARES [Parte 1] Função Polinomial do 1º Grau [ou Função Linear] Introdução e Conceitos Básicos Vamos analisar os casos considerados abaixo: [Caso 1] Certo encanador cobra pelo seu serviço da seguinte forma: Um valor fixo de R$ 50,00 [valor inicial] mais uma taxa de R$ 10,00 por hora trabalhada. Assim, fazendo uma simulação de alguns trabalhos para termos uma noção melhor de valores, temos: Valor cobrado por um encanador em função do tempo de serviço Tempo de Serviço “x” [h] Valor Cobrado “V” [R$] 0 50 50 = 10.(0) + 50 1 60 60 = 10.(1) + 50 2 70 70 = 10.(2) + 50 3 80 80 = 10.(3) + 50 4 90 90 = 10.(4) + 50 Observe na tabela acima que para cada tempo de serviço realizado temos um acréscimo de R$ 10 [no valor inicial] para cada hora trabalhada. Dizemos assim que a função em questão tem uma taxa de variação constante de 10 reais/hora. Observamos ainda que o valor “V”, cobrado pelo serviço, aumenta quando o número de horas trabalhadas “x” aumenta. Para este comportamento, dizemos que V(x) é uma função crescente. Portanto a função pode ser assim definida: V = 50 + 10x ou ainda V(x) = 10x + 50 [Caso 2] Um recipiente com água, à temperatura de 15ºC é levado a uma câmara frigorífica [controlada] e observa-se que, a cada 1 minuto, a temperatura diminui 2ºC. De acordo com os dados, forneça a lei (fórmula) que representa a variação de temperatura em função do tempo. Resolução: Tempo inicial [t0] : 0 min Temperatura inicial [T0] : 15 ºC 15 = 15 – 2.(0) 13 = 15 – 2.(1) 11 = 15 – 2.(2) 09 = 15 – 2.(3) Perceba que cada temperatura da tabela acima é dada pela temperatura inicial menos um decréscimo de 2ºC por minuto. Assim, podemos dizer que a taxa de variação da temperatura pelo tempo é constante e equivale a –2ºC/min. [O sinal negativo na taxa indica que a temperatura “T” diminui quando o tempo “t” aumenta]. Desta forma, como a temperatura decresce com o passar do tempo, dizemos que a temperatura é uma função decrescente do tempo. Por tudo isso, concluímos que a lei que relaciona o aumento de temperatura em função do tempo é: T(t) = 15 – 2t , sendo esta, a solução do problema em questão. Observação: As funções apresentadas nos casos acima são funções que têm taxa constante de crescimento ou decrescimento. Uma função é dita do 1º grau (ou linear) se sua taxa de variação é a mesma em toda parte ou momento. O fato da taxa de variação ser constante faz com que a representação gráfica destas funções seja uma RETA*, com uma inclinação única, que depende diretamente da taxa de variação. Comentário: Quando se conhece a função (fórmula matemática) de um determinado fenômeno, torna-se possível compreendê-lo melhor e mais precisamente; construindo uma representação gráfica (caso não se tenha), fazendo estimativas futuras (dependendo da situação) e entendendo a relação existente entre as variáveis envolvidas, como a taxa de variação, entre outras informações. [*] Dependendo do domínio da função do 1º grau, graficamente podemos ter: uma reta, um segmento de reta, uma semi-reta, ou ainda, um conjunto “discreto” [finito ou infinito] de pontos alinhados. Tempo [min] Temperatura [ºC] 0 15 1 13 2 11 3 09 Valor Cobrado Parte Fixa [valor inicial] Parte Variável Variável Dependente Variável Independente IFSC / Funções de 1º e 2º Grau Prof. Júlio César TOMIO Página 2 de 32 Formalização dos Conceitos Uma função cuja lei de associação é do tipo f(x) = mx + n [ou y = mx + n] com m ℝ* e n ℝ é chamada de função polinomial do 1º grau, sendo “m” o coeficiente angular e “n” o coeficiente linear da reta que representa esta função graficamente no sistema cartesiano ortogonal. Veja os exemplos: 52)( xxf 5 2 n m xxg 7)( 0 7 n m 3 14)( x xh 14 3 1 n m )23()45()( xxL 23 45 n m xy 0 1 n m 3 128 )( x xP 4 3 8 n m xxT 1)( 1 1 n m 0 4 3 2 yx 8 3 2 1 n m Geometricamente, a função polinomial do 1º grau é representada por uma linha reta oblíqua aos eixos coordenados, cortando o eixo das ordenadas no ponto (0 , n). Veja: Se m > 0 f(x) é crescente Se m < 0 f(x) é decrescente y y f(x) f(x) 0 x 0 x Observações: O valor da abscissa onde o gráfico corta o eixo “x” denomina-se raiz ou zero da função e indicaremos por x’. A raiz da função pode ser determinada algebricamente fazendo f(x) = 0. Observe que o ponto de encontro da reta com o eixo das abscissas tem a forma (x’, 0) e por isso podemos chamar também a raiz x’ de “intercepto x”. O valor de n na função, denominado coeficiente linear, também é a ordenada do ponto (0 , n) onde o gráfico corta o eixo “y” e por isso também podemos chamá-lo de “intercepto y”. Veja: Substituindo x = 0 em f(x) = mx + n temos: f(0) = m(0) + n f(0) = 0 + n f(0) = n ( 0 , n ) O gráfico de uma função polinomial do primeiro grau também pode ser representado por “variações” da reta, ou seja, por uma semi-reta, por um segmento de reta ou ainda por um conjunto finito [ou infinito] de pontos colineares. Essas configurações gráficas dependerão do domínio associado à referida função, como já estudado anteriormente. Nos dois casos gráficos genéricos apresentados acima, temos que: D = ℝ e Im = ℝ. Raiz ou zero da função n x’ Raiz ou zero da função n x’ coeficiente angular ou taxa de variação [constante] coeficiente linear ou intercepto “y” f(x) = mx + n IFSC / Funções de 1º e 2º Grau Prof. Júlio César TOMIO Página 3 de 32 Exemplos: 1) Uma barra de aço que se encontrava inicialmente a 30ºC foi resfriada [num ambiente “controlado”] durante 7 minutos. A função que descreve esse fenômeno linear é: f(x) = – 6x + 30. Abaixo, temos a sua representação gráfica, mostrando a variação da temperatura da barra em função do tempo, durante o resfriamento. Resposta (c): Analisando o gráfico acima, podemos escrever: D = { x ℝ | 0 x 7} e Im = { y ℝ | –12 y 30 } Note que a função do problema em questão é decrescente. (observe que a taxa de variação [m] é negativa) [O exemplo acima foi adaptado do livro: PAIVA, Manoel Rodrigues. Matemática: conceitos, linguagem e aplicações. v.1. 1.ed. São Paulo: Moderna, 2002] 2) Faça um “esboço” [representação simplificada] do gráfico das funções f : ℝ ℝ, definidas por: a) f(x) = 2x b) f(x) = 3x c) f(x) = 4x d) f(x) = –2x e) f(x) = –2x + 3 f) f(x) = –2x – 3 Pergunta-se: a) A cada minuto decorrido, quanto varia a temperatura da barra? (trata-se da taxa de variação) b) Depois de quanto tempo após o início do resfriamento, a temperatura da barra atingiu 0º C? c) Qual o domínio e o conjunto imagem de tal situação? x y x y x y x y x y x y 7 tempo (min) Temperatura (ºC) –12 30 0 IFSC / Funções de 1º e 2º Grau Prof. Júlio César TOMIO Página 4 de 32 g) f(x) = x – 1 h) f(x) = 2x – 3 i) f(x) = 3x + 4 3) Construa o gráfico das funções f : D ℝ, definidas por: a) f(x) = 2x com D = ℝ b) f(x) = 2x + 1 com D = ℝ c) f(x) = –3x + 4 com D = ℝ [apresentando os interceptos “x” e “y”] x y x y x y x y x y x y IFSC / Funções de 1º e 2º Grau Prof. Júlio César TOMIO Página 5 de 32 d) f(x) = 3x + 6 com D = ℝ [apresentando os interceptos] e) f(x) = 3x – 6 com D = ℝ [apresentando os interceptos] f) f(x) = –2x – 6 com D = [ –1 , 2 [ Neste caso temos que: Im = ] –10 , – 4 ] g) f(x) = –2x – 6 com D = [ –1 , + [ Neste caso temos que: Im = ] – , – 4 ] x f(x) –1 – 4 2 –10 x f(x) –1 – 4 2 –10 x y x y y – 4 2 –1 –10 x y – 4 2 –1 –10 x IFSC / Funções de 1º e 2º Grau Prof. Júlio César TOMIO Página 6 de 32 h) f(x) = x com D = { –2 , 0 , 1 , 3 } Neste caso temos que: Im = { –2 , 0 , 1 , 3 } Nota: A função f(x) = x é conhecida como Função Identidade. Além disso, ela representa a “bissetriz dos quadrantes ímpares” do plano cartesiano ortogonal, quando D = ℝ. Observações: As funções do 1º grau do tipo f(x) = mx + n são chamadas de funções afins. [m 0 e n 0] As funções do 1º grau do tipo f(x) = mx são chamadas de funções lineares. [m 0 e n = 0] Vale relembrar que, numa função f(x) = mx + n, O coeficiente angular da reta “m” pode ser chamado de declividade da reta, ou ainda, de taxa de variação. O coeficiente linear da reta “n” pode ser chamado de intercepto y. A raiz (ou zero) da função também pode ser chamada de intercepto x. Determinação da função do 1º grau a partir do seu gráfico Inicialmente vamos relembrar algumas relações associadas ao coeficiente angular da reta. Calculando o coeficiente angular “m” através do gráfico: Conhecendo o ângulo [inclinação] formado entre a reta “r” e o eixo “x” [no sentido anti-horário], usa-se: tgm ou Conhecendo dois pontos A(xA , yA) e B(xB , yB) pertencentes à reta “r”, usa-se: x y tgm x’ 0 xA xB r Considerações Importantes: Para escrevermos uma função do 1º grau [fórmula matemática] é necessário conhecer basicamente: dois pontos quaisquer da reta “r”, ou um ponto da reta “r” e o seu coeficiente angular (m), ou os coeficientes angular (m) e linear (n) da reta “r”. x f(x) –2 –2 0 0 1 1 3 3 Observações: Variação da inclinação da reta de uma função do 1º grau: 1800 com º90 . Se = 0 m = 0 tem-se neste caso uma “função constante” [reta paralela ao eixo “x”]. AB AB xx yy m n yB yA y x B A Raiz ou zero da função y x 3 –2 1 0 1 3 x y –2 IFSC / Funções de 1º e 2º Grau Prof. Júlio César TOMIO Página 7 de 32 De forma mais detalhada, temos: Para determinarmos uma função do 1º grau, conhecendo dois pontos A(xA , yA) e B(xB , yB) pertencentes à reta que a representa graficamente, podemos utilizar dois métodos: # Substituir as coordenadas dos pontos A e B sucessivamente na expressão y = mx + n e encontrar os valores de “m” e “n” resolvendo o sistema de equações assim gerado. # Substituir as coordenadas dos pontos A e B em 0 1 1 1 BB AA yx yx yx . Resolvendo esse determinante, teremos a função procurada. Para determinarmos uma função do 1º grau, conhecendo um ponto P(xP , yP) e o coeficiente angular “m” da reta que a representa graficamente, podemos utilizar: )( PP xxmyy Daí, substituindo as coordenadas de P e o valor de “m”, teremos então a função procurada. Para determinarmos uma função do 1º grau, conhecendo o coeficiente angular “m” e o coeficiente linear “n” da reta que a representa graficamente, podemos simplesmente utilizar: nmxy Daí, substituindo os valores de “m” e “n” nessa expressão, teremos então a função procurada. Posições relativas entre duas retas Considerando duas funções representadas graficamente pelas retas r: y = mr x + nr e s: y = ms x + ns tem-se: Retas Paralelas: Se r // s smrm Retas Concorrentes: Se sr smrm Observação: Retas Perpendiculares [Um Caso Particular de Retas Concorrentes] Se sr s r m m 1 ou ainda 1 sr mm Exemplos: 1) Determine a função geradora do gráfico abaixo: Notas: Analisando o gráfico acima, podemos escrever: D = ℝ e Im = ℝ A função do 1º grau em questão pode ser classificada como crescente (observe que a taxa de variação [m] é positiva). 0 3 1 – 9 – 2 y x IFSC / Funções de1º e 2º Grau Prof. Júlio César TOMIO Página 8 de 32 2) O valor de uma máquina hoje é de US$ 10.000,00 e estima-se que daqui a 6 anos seja US$ 1.000,00. Pergunta-se: a) Qual a função (fórmula matemática) que representa o fenômeno em questão, sabendo que a desvalorização é linear? b) Qual a taxa de depreciação (variação do valor “y” em relação ao tempo “x”) da referida máquina? c) Qual o valor da máquina após 4 anos? d) Qual o Domínio e o conjunto Imagem desta situação? D = { x ℝ | 0 x 6 } Resposta (d): Im = { y ℝ | 1.000 y 10.000 } Observação: A função do 1º grau em questão pode ser classificada como decrescente (observe que a taxa de variação [m] é negativa). 3) Sabe-se que uma reta, no sistema de coordenadas cartesianas, passa pelo ponto )4,3(P e tem inclinação de 150º. a) Construa o gráfico desta função. b) Determine o coeficiente angular da função. c) Escreva a função [fórmula matemática] em questão. d) Determine a raiz da função [intercepto “x”]. a) Nota: A raiz [ou zero] de uma função do 1º grau da forma nmxy também pode ser encontrada através da relação: m n x . y x 0 tempo x (anos) Valor y (US$) 10.000 1.000 6 0 IFSC / Funções de 1º e 2º Grau Prof. Júlio César TOMIO Página 9 de 32 4) Certo encanador A cobra por serviço feito um valor fixo de R$ 60,00 mais R$ 10,00 por hora de trabalho. Um outro encanador B cobra um valor fixo de R$ 40,00 mais R$ 15,00 por hora de trabalho. a) Construa o gráfico das duas funções (valor cobrado “y” em função do tempo “x”) num mesmo plano cartesiano. b) Considerando o menor custo para a realização de um trabalho, analise as vantagens na contratação do serviço dos encanadores. 5) Sabendo que reta “r” passa pelo ponto P(2, –8) e é paralela à reta “s”, que tem equação s: 6x + 2y = 18, determine a função que representa a reta “r”. Exercícios – Função Polinomial do 1º grau 1) Construa, no sistema cartesiano ortogonal, os gráficos das funções dadas por: a) 2 1 xy f) xxg 1)( b) 52)( xxf g) 4 x y c) 032 yx h) xy 3 com D = [ –2, + [ d) 32 5 9 CF i) 22)( xxh com D = [ –1, 2 [ e) 3)( xxf j) xy 31 com D = { x ℝ | x 0 } y (R$) x (horas) 0 r 0 y x 2 –8 P s IFSC / Funções de 1º e 2º Grau Prof. Júlio César TOMIO Página 10 de 32 2) Construa, num mesmo sistema cartesiano ortogonal, os gráficos das funções dadas por f(x) = x e g(x) = – x. 3) Construa, num mesmo plano cartesiano, os gráficos de xxf )( , xxg 2)( , xxh 3)( e xxj 2 1 )( considerando para todos D = [–2 , 2] e ao final, observe o comportamento da posição das retas. 4) Construa, num mesmo plano, os gráficos das funções dadas por: xxf )( , 1)( xxg , 2)( xxh e 1)( xxj considerando para todas D = ℝ e ao final, observe o comportamento da posição das retas. 5) Duas operadoras de telefonia celular apresentam planos similares para seus usuários. O plano da operadora “V” tem uma mensalidade no valor de R$ 25,00 e uma tarifa de R$ 0,70 por minuto em ligações locais. O plano da operadora “T” tem custo de R$ 0,50 por minuto para ligações locais e uma mensalidade no valor de R$ 30,00. Utilizando seus conhecimentos sobre função polinomial do 1º grau e considerando somente ligações locais, conclui-se que: a) O plano da operadora T é melhor, independentemente do tempo de uso do telefone em um mês; b) O plano da operadora V é mais vantajoso somente para um uso mensal maior que 25 min; c) Para um uso mensal acima de 25 min, os dois planos têm um mesmo custo; d) O plano da operadora V é mais vantajoso somente para um uso mensal menor que 25 min e) Se nenhuma ligação for realizada no período de um mês, o plano da operadora T tem custo mensal inferior ao plano da operadora V. 6) Determine a função geradora de cada um dos gráficos a seguir. a) b) c) d) e) 7) [GIOVANNI] Determine o valor de p de modo que o gráfico da função f(x) = 3x + p – 2 intercepte o eixo y no ponto de ordenada 4. 8) Determine as funções do 1º grau que atendem as condições dadas: a) Tem coeficiente angular igual a –2 e intercepto y igual a 4. b) A reta é paralela à reta y = 4x – 2 e o seu intercepto y é 7. c) A reta é paralela à reta 3x + 2y = 5 e passa pelo ponto (–1, 2). d) A reta é perpendicular à y = 5x + 9 e o seu intercepto y é 6. e) A reta é perpendicular à x – 4y = 7 e passa por (3 ,– 4). f) A reta passa pelos pontos (2, 4) e (1, –7). g) A reta passa por A(–3, 6) e por B(–2, 1). h) O intercepto y é 2 e o intercepto x é – 4. i) A reta tem coeficiente angular 2 e a raiz da função é 3. j) A reta é paralela ao eixo y, passando pelo ponto (–2, –3). k) A reta é perpendicular ao eixo y e passa pelo ponto (– 4, 1). 9) [GIOVANNI] Determine “m” de modo que o gráfico da função g(x) = –2x + 4m + 5 intercepte o eixo x no ponto de abscissa 3. 10) [GIOVANNI] Sabendo que a função y = mx + n admite 3 como raiz e f(1) = – 8, calcule os valores de m e n. Observações: Note que a reta em “j” NÃO é uma função. A reta em “k” é uma função que chamamos de CONSTANTE. 0 y x 3 2 –2 ● ● y x ● ● 4 2 0 0 6 2 ● y x ● 30º 3 0 y x ● 45º y x –2 ● 1 0 IFSC / Funções de 1º e 2º Grau Prof. Júlio César TOMIO Página 11 de 32 11) Dada as equações r: 2x – y – 1 = 0 e s: x – y = 2 , determine: a) O ponto de intersecção das retas r e s; b) Os pontos de encontro das retas com os eixos coordenados. 12) [GIOVANNI] Dadas as funções f(x) = ax + 4 e g(x) = bx + 1, calcule os valores de “a” e “b” de modo que os gráficos dessas funções se interceptem no ponto (1 , 6). 13) Observando o gráfico ao lado, determine as equações das retas (funções); as coordenadas do ponto P e os zeros das funções. 14) [GIOVANNI] Considerando as funções f(x) = 8 – x e g(x) = 3x, determine: a) as raízes das funções “f” e “g” dadas; b) as coordenadas do ponto P, que representa a interseção das retas em questão; c) qual a classificação [crescente ou decrescente]para cada uma das funções. 15) O custo C(x) de produção de “x” litros de certa substância é dado por uma função linear, cujo gráfico está representado ao lado. Nestas condições, pergunta-se: a) O custo de R$ 700,00 corresponde à produção de quantos litros? b) Qual a taxa de variação do custo em função da produção? 16) O gráfico ao lado apresenta uma situação de frenagem, onde a velocidade do veículo varia em função do tempo. Sendo assim, responda: a) Qual a taxa de variação da velocidade em função do tempo? b) Qual a velocidade do veículo no instante 3s? c) O que acontece com o veículo após 5s de frenagem? d) Qual o Domínio e o Conjunto Imagem do problema? Nota: Para se ter uma melhor noção da velocidade (neste caso), podemos convertê-la de m/s para km/h, que é a unidade mais utilizada em nosso cotidiano. Para isto, basta multiplicar o valor da velocidade em m/s por 3,6 que teremos o resultado em km/h. RESPOSTAS – RESPOSTAS – RESPOSTAS – RESPOSTAS – RESPOSTAS – RESPOSTAS – RESPOSTAS 1a) 1b) 1c) 1d) 1e) 1f) 1g) 1h) 1i) 1j) y x ● ● 5 5/2 0 y x 0 3 –3/2 ● ● y x ● ● 1/2 1/2 0 y x 0 6 –2 ● y x – 4 ● –1 0 –1 F C –160/9 ● 0 32 ● y x –3 ● 3 0 ● y x –1 ● ● 0 –1 y x 2 –1 6 2 ● y x 4 –1 ● ● 0 x y P –2 – 4 2 f g 2 1 Custo (R$) x (Litros) 0 400 8 520 v (m/s) t (s) 0 5 20 IFSC / Funções de 1º e 2º Grau Prof. Júlio César TOMIO Página 12 de 32 2) 3) 4) 5) 6a) 5 4 5 2x y 6b) y = –2x + 4 6c) y = 3x 6d) 3 3 x3 y utilizando valores tabelados 6e) y = x + 3 7) p = 6 8a) f(x) = –2x + 4 8b) f(x) = 4x + 7 8c) 2 1 2 3x f(x) 8d) 6 5 x f(x) 8e) f(x) = – 4x + 8 8f) f(x) =11x – 18 8g) f(x) = – 5x – 9 8h) 2 2 x f(x) 8i) f(x) = 2x – 6 8j) x = – 2 [não é função, é apenas uma relação] 8k) f(x) = 1 [É uma função constante que pode ser considerada função do 1º grau] 9) m = ¼ 10) m = 4 e n = –12 11a) r s = (–1, –3) 11b) r eixo x = (1/2, 0) e r eixo y = (0, –1) 12) a = 2 e b = 5 s eixo x = (2 , 0) e s eixo y = (0, –2) 13) f(x) = 2x 2 1 e g(x) = 2 2 3x / P(4 , 4) / raiz de f(x): x = – 4, raiz de g(x): x = 3 4 14a) raiz de f(x): x = 8, raiz de g(x): x = 0 14b) P(2 , 6) 14c) f(x) é decrescente e g(x) é crescente. 15a) 20 litros 15b) +15 reais/Litro (que é o coeficiente angular da função) 16a) – 4 m/s2 (que é o coef. angular) 16b) 8 m/s 16c) Sua velocidade torna-se “zero”, ou seja, o veículo para. 16d) D = { t ℝ | 0 t 5 } e Im = { v ℝ | 0 v 20 } Para refletir: Não corrigir nossas faltas é o mesmo que cometer novos erros. [Confúcio] Função Constante A função constante é um caso particular da função de 1º grau. Vamos analisar os casos considerados abaixo: [Caso 1] Em diversas áreas do conhecimento humano, podemos representar vários fenômenos graficamente. Na Física, temos como exemplo o movimento uniforme (MU) que é o movimento caracterizado por manter um móvel sempre com a mesma velocidade, ou seja, constante. No gráfico (v x t) ao lado, temos a representação de um veículo em MU, num intervalo de 5h e a uma velocidade constante de 30 km/h. Pode-se escrever então a função: v(t) = 30 ou f(x) = 30. Matematicamente se tem: D = [0 , 5] e Im = { 30 }. V(x) = 0,7x + 25 T(x) = 0,5x + 30 Resposta: “d” R$ min 25 ● 42,50 0 30,00 25,00 V T y x –3 ● 3 ● 3 f(x) g(x) 45º 45º Observação [exercício 4]: As retas f, g, h e j são paralelas, pois têm o mesmo coeficiente angular. ● y x 1 ● 2 ● 1 h j g f ● ● ● ● ● –1 –2 –1 y x 1 2 h j g f –1 –2 2 –2 – 4 – 6 j f g h 4 6 v (km/h) t (h) 5 0 30 IFSC / Funções de 1º e 2º Grau Prof. Júlio César TOMIO Página 13 de 32 [Caso 2] Em um determinado ano, uma empresa em expansão contratou 100 funcionários em março e 100 em outubro. Em janeiro deste mesmo ano o número de funcionários era 200. Matematicamente, podemos equacionar esta situação como sendo uma função f : D ℕ com D = {meses do ano} definida por: Foi solicitada pelo setor de recursos humanos desta firma uma representação visual, de modo a relacionar os meses do ano com o número de funcionários empregados (meses X funcionários). Assim temos: [Caso 3] Vamos considerar que uma Litorina [Automotriz] fará uma pequena viagem partindo de uma estação A até uma estação B. Veja abaixo, a representação gráfica da velocidade pelo tempo de viagem. Apenas para complementar, no caso acima temos: D = { t ℝ | 0 t 65 } e Im = { v ℝ | 0 v 55 } Agora observe: }dezembro,nov embro,outubro{xse400, }setembro,agosto,julho,junho,maio,abril,março{xse300, }fev ereiro,janeiro{xse200, f(x) v (km/h) t (min) 65 0 55 10 50 A B No esquema ao lado, podemos trocar a palavra velocidade por função, e assim identificamos as três partes da função que compõem o gráfico: Para: 0 t 10 a função é crescente Para: 10 t 50 a função é constante Para: 50 t 65 a função é decrescente Velocidade Constante Velocidade Decrescente Velocidade Crescente y g(x) = 2x + 3 [ com m > 0 ] 0 3 x h(x) = –2x + 3 [ com m < 0 ] f(x) = 0x + 3 [ com m = 0 ] e simplesmente escrevemos: f(x) = 3 Número de Funcionários 200 300 400 J F M A M J J A S O N D Meses do ano (20XX) IFSC / Funções de 1º e 2º Grau Prof. Júlio César TOMIO Página 14 de 32 Formalizando, temos: Uma função f : ℝ ℝ cuja lei de associação é do tipo f(x) = n , com n ℝ é chamada de função constante, pois para qualquer valor atribuído à variável “x”, sua imagem será sempre a mesma, de valor “n”. Podemos acrescentar ainda, que se trata de uma função que não é crescente, nem decrescente, mas sim constante,pois o valor da função f(x) não cresce nem decresce, permanecendo o mesmo, ou seja, sem variar [constante]. Lembre-se que: y = f(x). Graficamente, tem-se uma reta paralela ao eixo das abscissas, cortando o eixo das ordenadas no ponto (0 , n). Se n > 0: Se n = 0: Se n < 0: y y y n 0 x 0 x 0 x n Observações: Se n = 0, a reta é coincidente com o eixo das abscissas (x), tem-se então que a lei fica sendo f(x) = 0 ou mesmo y = 0. Vale reforçar que nos casos acima, tem-se que D = ℝ e o conjunto Imagem sempre será do tipo: Im = { n }. Exemplos: 1) Construa o gráfico da função f(x) = 6 e determine o seu conjunto imagem. Im = { 6 } 2) Represente graficamente as funções de Domínio Real, indicadas a seguir. g(x) = 14 h(x) = –5 y = 7,2 3) Faça o gráfico de g(x) = – 3 com D = ] –1 , 5 ] e escreva o seu conjunto imagem. Im = { –3 } x f(x) f(x) = 0x + 6 –3 6 → f(–3) = 0(–3) + 6 = 0 + 6 = 6 0 6 → f(0) = 0(0) + 6 = 0 + 6 = 6 2 6 → f(2) = 0(2) + 6 = 0 + 6 = 6 Desnecessário fazer! Apenas por motivos didáticos! y x 0 y x 0 y x 0 y x y x Calcule: g(0) = g(5) = g(–1) = IFSC / Funções de 1º e 2º Grau Prof. Júlio César TOMIO Página 15 de 32 4) Construa o gráfico da função: 1xse,2 1xse,13x f(x) Note que: D = ℝ e Im = { y ℝ | y = – 2 ou y 4 } 5) Uma linha de elevadores de carga é construída conforme as seguintes especificações técnicas: Quando o elevador tiver capacidade de carga (x) menor ou igual a 1000 kg, será utilizado um conjunto de cabos de aço de 20 mm de diâmetro para a sua sustentação. Quando o elevador tiver capacidade de carga (x) maior que 1000 kg e menor que 3000 kg, será utilizado um conjunto de cabos de aço com 50 x mm de diâmetro para a sua sustentação. Assim, escreva a função D(x) que define o diâmetro dos cabos de aço em função da capacidade de carga “x” e construa seu gráfico. [O exemplo acima foi adaptado do livro: PAIVA, Manoel Rodrigues. Matemática: conceitos, linguagem e aplicações. v.1. 1.ed. São Paulo: Moderna, 2002] Exercícios – Função Constante 1) Construa os gráficos das funções dadas por: a) f(x) = 4 e) y = 0 com D = { x ℝ | – 4 < x 3 } b) g(x) = 3 40 com D = ℝ+ f) h(x) = 51 c) y = com D = ℝ g) y = – 7 com D = { x ℝ | x < 6 } d) y = – 3 com D = [–5 , 2 [ 2) Determine o conjunto imagem para cada uma das funções do exercício anterior. D (mm) x (kg) 0 Calcule: f(1) = f(5) = f(–3) = x y IFSC / Funções de 1º e 2º Grau Prof. Júlio César TOMIO Página 16 de 32 3) [GIOVANNI] Em uma cidade, o departamento de água da prefeitura decidiu fazer uma experiência e passou a cobrar as contas de água dos consumidores com preços fixos para intervalos de consumo. Assim, por exemplo, para qualquer consumo inferior a 20m3, a conta será de R$ 18,50. Abaixo, você pode ver a lei de formação utilizada para determinar o valor “V” da conta, em reais, em função do consumo “c”, em metros cúbicos. 50cse59,00 50c20se47,50 20c0se18,50 V (c) Obs.: O consumo é medido mensalmente. a) Construa o gráfico no plano cartesiano V x c (valor da conta por consumo) determinando o Domínio e o Conj. Imagem. b) Quanto pagará um morador que consumir 20m3 de água em um mês? E se consumir 36,4m3 num mês? c) Qual foi o consumo de uma casa cuja conta apresentou um valor de R$ 59,00? d) Quanto pagou um morador que supostamente não consumiu nenhuma quantidade de água num mês? 4) [PUCCAMP / Adaptada] Ao lado, pode-se ver parte de um gráfico que mostra o valor “y” a ser pago (em reais) pelo uso de um determinado estacionamento por um período de “x” horas. Suponha que o padrão observado no gráfico não se altere quando “x” cresce. Nestas condições, pergunta-se: a) Quanto deverá pagar uma pessoa, por utilizar o estacionamento durante meia hora? E durante duas horas? b) Quanto deverá pagar alguém que estacionar das 8h e 46min até às 11h e 50min? c) Quanto tempo ficou no estacionamento um carro se o proprietário pagou R$ 8,00? d) Quanto pagará um indivíduo que estacionar seu veículo das 22h de um dia até às 8h e 30min do dia seguinte? 5) Construa, no sistema cartesiano ortogonal, os gráficos das funções dadas por: a) 2xse2, 2xse,x f(x) b) 0xse,1 0xse2x, g(x) c) 0xse,10 0xse,10 y d) 1xse3,x 1xse,2x h(x) e) 2xse4, 2x2sex,1 2xse,3 j(x) RESPOSTAS – RESPOSTAS – RESPOSTAS – RESPOSTAS – RESPOSTAS – RESPOSTAS – RESPOSTAS 1a) 1b) 1c) 1d) 1e) 1f) 1g) 2a) Im = { 4 } 2b) Im = { – 40/3 } 2c) Im = { } 2d) Im = { 3 } 2e) Im = { 0 } 2f) Im = { 51 } 2g) Im = { –7 } R$ Horas 6,5 5 3,5 2 0 1 2 3 4 y x 4 0 y x 0 – 40/3 y x 0 y x 51 0 y x – 5 2 3 0 y x 6 – 7 0 y x 3 0 – 4 IFSC / Funções de 1º e 2º Grau Prof. Júlio César TOMIO Página 17 de 32 3a) Valor conta (R$) 0 20 50 Consumo (m3) 5a) 5b) 5c) 5d) 5e) Para descontrair.... Para refletir: É costume de um tolo, quando erra, queixar-se dos outros. [Sócrates] 3a) D = { c ℝ | c 0 } e Im = { 18,50 ; 47,50 ; 59,00 } 3b) R$ 47,50 e R$ 47,50 3c) c 50 m3 3d) R$ 18,50 4a) R$ 2,00 e R$3,50 4b) R$ 6,50 4c) { x ℝ | 4 < x 5 } 4d) R$ 17,00 4 c ) { x ℝ | 4 < x 5 } ) R $ 2 , 0 0 e R $ 3 , 5 0 3 d ) R $ 1 8 , 5 0 ) R $ y x –2 –3 –2 –3 0 –1 x y 1 1 3 – 4 –2 0 2 x y 2 –1 3 –2 – 4 –2 0 x y 0 –10 10 x y 0 –1 1 2 18,50 47,50 59,00 IFSC / Funções de 1º e 2º Grau Prof. Júlio César TOMIO Página 18 de 32 Tópico Especial: Função do 1º Grau x Progressão Aritmética [PA] Veja o comparativo: nmxxf )( rnaan )1(1 12)( xxf 2)1(1 nan 0x 1)0(2)0( f 1)0( f 1n 2)11(11 a 11 a 1x 1)1(2)1( f 3)1( f 2n 2)12(12 a 32 a 2x 1)2(2)2( f 5)2( f 3n 2)13(13 a 53 a 3x 1)3(2)3( f 7)3( f 4n 2)14(14 a 74 a 4x 1)4(2)4( f 9)4( f 5n 2)15(15 a 95 a Podemos observar que os valores obtidos são os mesmos [indicados pelas setas verdes]. A diferença está na defasagem dos valores de x em relação aos valores de n , pois na PA o termo inicial é o “primeiro termo” [ 1n ]. Podemos dizer que uma Progressão Aritmética [PA] é uma Função do 1º Grau com Domínio Natural, ou seja, D = ℕ. Graficamente, temos: 12)( xxf 2)1(1 nan Observe que a Função do 1º Grau, além de contínua, pode apresentar valores negativos em seu Domínio, enquanto a Progressão Aritmética sempre iniciará no “primeiro termo”. Vale comentar ainda que quando quisermos usar o termo “linear” para indicar o crescimento [ou a variação] de uma grandeza em determinado fenômeno, o termo “aritmético” é uma opção de sinônimo [apesar de não ser muito comum]. Veja os exemplos abaixo: ... a quantidade de peças fabricadas por mês está crescendo linearmente... ... a quantidade de peças fabricadas por mês está progredindo aritmeticamente... Para refletir: O que não se busca de maneira correta não se encontra. [Pensamento retirado de um biscoito da sorte chinês] an n 9 7 5 1 0 1 2 3 4 3 5 f(x) x 9 7 5 1 0 1 2 3 4 3 IFSC / Funções de 1º e 2º Grau Prof. Júlio César TOMIO Página 19 de 32 Função Polinomial do 2º Grau [Função Quadrática] Introdução: Veja a situação-problema abaixo: Existem campeonatos de futebol onde cada clube joga 2 vezes com outro, em turno e returno. Assim, o número “P” de partidas do campeonato é dado em função do número “x” de clubes participantes. Para efeito de planejamento da competição, entre outros fatores, o número de partidas que serão realizadas é um dado muito importante. Desta forma, quantos jogos teremos num campeonato deste tipo, com 24 clubes? Variáveis envolvidas: Número de partidas P Número de clubes x Por dedução, montamos a tabela: Através da análise da tabela, temos que: P = x(x – 1) Daí, podemos fazer: P = x2 – x ou P(x) = x2 – x Então: P(24) = (24)2 – 24 = 576 – 24 P(24) = 552 Logo, teremos 552 jogos numa competição desse formato. Nota: Observe que a lei [fórmula matemática] que calcula a quantidade de jogos mediante o número de clubes participantes é um polinômio de 2º grau, que chamaremos de Função Polinomial do 2º Grau ou Função Quadrática. Definição: Função Polinomial do 2º grau é toda função definida pela lei: f(x) = ax2 + bx + c , com a ℝ*, b ℝ e c ℝ. Exemplos: Na função 7x4x)x(f 2 temos: a = 1 , b = – 4 e c = 7. Na função x51x2)x(g 2 temos: a = –2 , b = 5 e c = –1. Na função x3x)x(h 2 temos: a = –1 , b = 3 e c = 0. Na função 9x)x(P 2 temos: a = 1 , b = 0 e c = –9. Na função 2 xy temos: a = 1 , b = 0 e c = 0. Graficamente a função quadrática, com D = ℝ, é representada por uma figura “aberta” e “infinita” denominada parábola. A parábola pertence a uma família de figuras denominada CÔNICAS. Esta família é composta por figuras delineadas pela intersecção de um cone [circular reto de duas folhas] por um plano que não passe pelo vértice, chamado de plano secante. Fazem parte desta família, além da parábola, as figuras: Circunferência, Elipse e Hipérbole. Veja o esquema abaixo: O fator que determina a diferença para se obter uma das seções cônicas é a inclinação com que o plano secciona o cone. Número de clubes Número de partidas 2 2(2 – 1) = 02 3 3(3 – 1) = 06 4 4(4 – 1) = 12 5 5(5 – 1) = 20 x x(x – 1) = P Nota: A função quadrática tem inúmeras aplicações nas mais variadas áreas do conhecimento humano, tanto na sua forma algébrica (fórmula matemática) quanto na forma geométrica (parábola). IFSC / Funções de 1º e 2º Grau Prof. Júlio César TOMIO Página 20 de 32 Curiosidade: A Excentricidade das Cônicas Apenas como curiosidade, podemos dizer que, para algumas das cônicas [elipse e hipérbole], a excentricidade é um número que mede o seu “achatamento”. Abaixo temos uma ilustração sobre a excentricidade como fator determinante do tipo de cônica. Como variam os valores de “f(x)” de uma Função Quadrática [a taxa de variação NÃO é constante]: Veja abaixo um (exemplo) comparativo com uma função do 1º grau: g(x) = 2x + 1 f(x) = x2 + 1 Taxa de Variação “Fixa” Neste caso: m = 2 Taxa de Variação “Muda” para cada alteração no valor de “x”. Note que, para uma função quadrática com DOMÍNIO REAL, haverá um intervalo CRESCENTE e outro DECRESCENTE. Particularidades: O gráfico de uma função de 2o grau é uma parábola com eixo de simetria paralelo ao eixo y. Se o coeficiente de x2 for positivo [a > 0], a parábola tem a concavidade voltada para cima. Se a < 0, a parábola tem a concavidade voltada para baixo. A intersecção do eixo de simetria com a parábola determina um ponto chamado vértice [V]. Se a parábola interceptar o eixo x, então a intersecção define as raízes x1 e x2 da função [para isto, faz-se f(x) = 0]. A parábola intercepta o eixo das ordenadas [y] no ponto (0 , c) [para isto, faz-se: x = 0]. Neste último item, podemos destacar uma característica das funções polinomiais. O intercepto “y” sempre coincide com o termo independente. Veja: f(x) = ax2 + bx + c f(0) = a(0)2 + b(0) + c f(0) = 0 + 0 + c f(0) = c ( 0 , c ) é o ponto em que o gráfico intercepta o eixo “y”. x g(x) –2 –3 –1 –1 0 1 1 3 2 5 3 7 x f(x) –3 10 –2 5 –1 2 0 1 1 2 2 5 3 10 417 C re sc e n te D e cr e sc e n te IFSC / Funções de 1º e 2º Grau Prof. Júlio César TOMIO Página 21 de 32 No esquema abaixo, caracterizamos as diversas possibilidades gráficas: y y y x x x y y y x x x As Coordenadas do Vértice da Parábola e o Conjunto Imagem da Função Quadrática: Quando a > 0, a parábola tem concavidade voltada para cima e um ponto de mínimo: V(xV , yV). O valor mínimo é o yV e seu conjunto Imagem é Im = { y ℝ | y yV }. Quando a < 0, a parábola tem concavidade voltada para baixo e um ponto de máximo: V(xV , yV). O valor máximo é o yV e seu conjunto Imagem é Im = { y ℝ | y yV }. Veja: y y x x As coordenadas do vértice V são VV y,x , podendo ser calculadas através de: 2a b x V e 4a Δ yV . Nota: Se temos o XV de uma função quadrática (conhecida), então podemos calcular o YV fazendo a substituição do valor numérico do XV na função em questão. Algebricamente, temos a relação: YV = a(XV) 2 + b(XV) + c = b2 – 4ac > 0 a parábola intercepta o eixo x em dois pontos distintos = b2 – 4ac = 0 a parábola intercepta o eixo x em um único ponto = b2 – 4ac < 0 a parábola não intercepta o eixo x a > 0 x1 x2 x1 = x2 = xV ∄ x1 , x2 ∈ ℝ c c c c c c ∄ x1 , x2 ∈ ℝ x1 = x2 = xV x1 x2 a < 0 V V V V V V 2 xx x 21 V a > 0 valor mínimo yV V [ponto de mínimo] xV V [ponto de máximo] a < 0 xV valor máximo yV IFSC / Funções de 1º e 2º Grau Prof. Júlio César TOMIO Página 22 de 32 Sobre a “abertura” da concavidade de uma parábola Observe as ilustrações a seguir e tire suas conclusões em relação ao coeficiente do termo com x2 da função quadrática. Regra Prática para Construção “Otimizada” de Gráficos de Funções Quadráticas: Considere a função f(x) = ax2 + bx + c sabendo que o seu gráfico é uma parábola. Assim, é só seguir os passos... 1. Calcule as coordenadas do vértice da parábola V(XV , YV). Tem-se que: 2a b VX e 4a Δ VY sendo 4acbΔ 2 Podemos usar também: YV = a(XV) 2 + b(XV) + c 2. Calcule as raízes [x’ e x”] da função f(x) = ax2 + bx + c , fazendo f(x) = 0 [caso seja necessário]. Para calcular as raízes, usa-se: 2a Δb x sendo 4acbΔ 2 [Fórmula de Bháskara] As raízes identificam o(s) ponto(s) de encontro da parábola com o eixo x. Na resolução da equação do 2º grau, pode-se observar que: Se > 0 existem 2 raízes reais diferentes. Assim sendo, a parábola “cortará” o eixo x em dois pontos: (x’, 0) e (x”, 0). Se = 0 existem 2 raízes reais iguais (raiz dupla). Assim, a parábola “encostará” no eixo x em apenas um ponto: (x’ , 0) que coincide com o vértice V. Se < 0 não existem raízes reais. Assim sendo, a parábola não “encontrará” o eixo x. 3. Identifique o ponto onde a parábola “corta” o eixo das ordenadas [eixo y]. Este ponto [pertencente ao eixo y] sempre terá o formato: (0 , c) 4. Identifique a direção da concavidade da parábola: Concavidade para cima: a > 0 Concavidade para baixo: a < 0 5. Após marcar os pontos encontrados no plano cartesiano, trace então a parábola a partir do vértice. Lembre-se que a parábola é uma figura simétrica, e que o vértice encontra-se sobre o eixo de simetria, que sempre é paralelo ao eixo y. Nota: com um pouco de prática, você conseguirá construir gráficos de funções quadráticas facilmente. V V IFSC / Funções de 1º e 2º Grau Prof. Júlio César TOMIO Página 23 de 32 Exemplos: 1) Construa o gráfico das funções abaixo, com D = ℝ. a) y = x2 – 4 Obs.: ● Im = { y ℝ | y – 4 } ● Quando temos na função b = 0, a parábola é simétrica em relação ao eixo “y”. b) f(x) = – x2 + 2x + 3 Note que: Im = { y ℝ | y 4 } c) g(x) = x2 + 6x + 9 Note que: Im = { y ℝ | y 0 } y x y x y x IFSC / Funções de 1º e 2º Grau Prof. Júlio César TOMIO Página 24 de 32 d) f(x) = x2 – 6x Note que: Im = { y ℝ | y – 9 } e) h(x) = – x2 – 4x – 9 Resolução: = (– 4)2 – 4.(–1).(–9) = 16 – 36 = – 20 não existem raízes reais [a parábola não “corta” o eixo x] xV = 2 2 4 )1(2 )4( yV = 5 4 20 )1(4 )20( Note que: Im = { y ℝ | y – 5 } 2) Um pequeno foguete é lançado de uma base, como mostra o “esquema” ao lado, descrevendo uma trajetória parabólica de equação y = – 3x2 + 60x [sendo x e y medidos em metros]. Determinar: a) a altura máxima atingida pelo foguete; b) o alcance do disparo; c) a que distância do lançamento [na horizontal] o foguete atingiu a sua altura máxima; d) a que distância do lançamento, o foguete atingiu a altura máxima. V(–2, –5) Ponto deduzido através do gráfico Eixo de simetria da parábola y x –2 – 4 0 –5 –9 V y x y x 0 IFSC / Funções de 1º e 2º Grau Prof. Júlio César TOMIO Página 25 de 32 3) Determine a função quadrática que graficamente passa pelos pontos M(–1, 0), N(4, 5) e P(0, –3). Resolução: Substituindo inicialmente o ponto P(0, –3) na expressão y = ax2 + bx + c temos: –3 = a(0)2 + b(0) + c c = –3 Agora, substituindo o ponto M(–1, 0) e o valor de c = –3 na expressão y = ax2 + bx + c temos:0 = a(–1)2 + b(–1) – 3 0 = a – b – 3 a – b = 3 [I] Analogamente, substituindo N(4, 5) e c = –3 na expressão y = ax2 + bx + c encontramos: 5 = a(4)2 + b(4) – 3 5 = 16a + 4b – 3 16a + 4b = 8 [II] Assim, montando um sistema com as equações I e II, temos: a – b = 3 a – b = 3 16a + 4b = 8 [ 4] 4a + b = 2 5a = 5 a = 1 Finalmente, substituindo o valor de a = 1 na equação I, temos: a – b = 3 (1) – b = 3 b = –2 Logo, a função quadrática procurada é: f(x) = x2 – 2x – 3 4) [REBELLO] No desenho ao lado, temos a representação esquemática do sistema de sustentação de uma ponte pênsil. Assim, determine [em metros] a altura do tirante “h”. Resposta: A altura do tirante é h = 22,5 m. 80 m 4 0 m 30 m h + IFSC / Funções de 1º e 2º Grau Prof. Júlio César TOMIO Página 26 de 32 Exercícios – Função Quadrática 1) Construa o gráfico das funções abaixo, determinando o valor máximo (ou mínimo), o ponto de máximo (ou de mínimo) e o conjunto imagem para cada item. 9xf(x) 2 a) 25x2xg(x) 2 b) 9 2xxh(x) 2 c) 5x2xy 2 d) 12x3xf(x) 2 e) 16xy 2 f) 2 xf(x) g) 2 2xy h) 168xxg(x) 2 i) 0 xse , 3 0 xse , x T(x) 2 j) 2 xse , 5 2x2 se , 4x 2 xse , 1x y 2k) 3 xse , 12x 3x1 se , 6xx 1 xse , 4 y 2l) 2) Através de uma pesquisa estatística, visando um planejamento estratégico, estima-se que, daqui a x anos, o número de pessoas que visitarão um determinado museu será dado pela lei N(x) = 30x2 – 120x + 3000, sendo que 0 ≤ x ≤ 20 anos. Sabendo disso, responda as questões: a) Atualmente, qual é o número de pessoas que visitam o museu? b) Quantas pessoas visitarão o museu no 10o ano? c) Daqui a quantos anos será registrado o menor número de visitantes? d) Qual será o menor número de visitantes? e) Faça uma representação gráfica do modelo matemático em questão. 3) O custo diário de produção de uma indústria de aparelhos telefônicos é dado por C(x) = x2 – 86x + 2500, onde C(x) é o custo em dólares e x é o número de unidades fabricadas. Quantos aparelhos devem ser produzidos diariamente para que o custo seja mínimo? 4) Um corpo lançado verticalmente do solo para cima, tem as suas posições no decorrer do tempo, dadas pela função horária S = 40t – 5t2 [“t” em segundos e “S” em metros]. Pergunta-se: a) Qual o tempo gasto para atingir a altura máxima? b) Qual a altura máxima atingida? 5) Sabe-se que o lucro total “L” de uma empresa é dado pela fórmula L = R – C, em que, “R” é a receita total e “C” é o custo total da produção (em reais). Numa certa empresa que produziu “p” unidades em determinado período, verificou-se que R(p) = 1000p – p2 e C(p) = 300 + 40p + p2. Nestas condições, determine: a) a função L(p); b) a produção “p” para que o lucro da empresa seja o máximo possível para esta situação; c) o lucro máximo; d) o lucro obtido para uma produção de 300 unidades. 6) Um pintor de quadros de uma feira de artesanato calculou que o custo total de uma tela pequena é de R$30,00. Ele acredita que se vender cada tela por “x” reais, venderá, por mês, (90 – x) telas. [Considere que: 0 < x < 90]. a) O lucro L obtido pelo pintor é função do preço de venda x. Escreva a lei que define L(x). b) Qual será o lucro mensal se o preço de venda de cada tela for de R$ 40,00? c) Para que valor de x o pintor terá lucro máximo? Qual será esse lucro? 7) Determinar dois números cuja soma seja 70 e o produto seja o maior possível. Para a Resolução do Exercício 6: Você viu no exercício anterior que Lucro = Receita Total – Custo Total, ou seja, L = R – C. Num contexto bem simples [onde tudo que é produzido é vendido], podemos dizer que a Receita Total [R] é determinada pela multiplicação do Preço de Venda do produto [PV] pela quantidade de Unidades vendidas [U] desse produto. O Custo Total [C] pode ser determinado multiplicando-se o Custo de uma unidade [C1] pela quantidade de produtos ou Unidades fabricadas [U]. Ou seja: Lucro = [PV]U – [C1]U IFSC / Funções de 1º e 2º Grau Prof. Júlio César TOMIO Página 27 de 32 8) Qual a área máxima que pode ter uma superfície retangular de perímetro igual a 40 cm? 9) Em uma fazenda, o seu proprietário precisa construir um galinheiro de forma retangular. Dispondo de apenas 30 metros de tela, o homem decide aproveitar um velho muro como uma das laterais do galinheiro. Pergunta-se: a) Qual será a área máxima desse cercado? b) Quais as dimensões deste galinheiro de maior área? 10) [UFOP – MG] Certo dia, numa praia, a temperatura atingiu o seu valor máximo às 14 h. Suponhamos que, neste dia, a temperatura f(t) em graus Celsius era uma função do tempo t, medido em horas, dada por f(t) = – t2 + bt – 160, quando 8 t 20. Obtenha: a) o valor de b; b) a temperatura máxima atingida nesse dia; c) o gráfico de f. 11) O gráfico da função f(x) = 3x – 2 intercepta o gráfico da função g(x) = x2 em dois pontos. Quais são estes pontos? 12) [VUNESP / Adaptada] Duas plantas de mesma espécie A e B, que nasceram no mesmo dia, foram tratadas desde o início com adubos diferentes. Um botânico mediu todos os dias o crescimento (em centímetros) destas plantas. Após 10 dias de observação, ele notou que o gráfico que representa o crescimento da planta A é uma reta e o que representa o crescimento da planta B pode ser descrito pela função 12 24 2 xx y . Um esquema desta situação está apresentado ao lado. Calcule: a) a “lei” que descreve o crescimento da planta A; b) o dia em que as plantas A e B atingiram a mesma altura e qual foi essa altura. 13) [GIOVANNI] Determine a função quadrática y = ax2 + bx + 5 correspondente ao gráfico abaixo: Lembre-se que: 2a b x V 14) Determine a função quadrática que passa pelos pontos A(0, 18), B(2, 10) e C(–3, 0). 15) Sabendo que f(1) = 4 e que a função f(x) = ax2 + bx + c passa pelos pontos (2, 0) e C(3, –2), determine o valor de S = a.b.c. 16) [REBELLO] Para retificar um rio, foi construído um canal de formato parabólico, conforme a figura ao lado. Sabendo que a profundidade máxima do canal é de 12 m, determine a largura do canal a cada 4 m de profundidade. Planta A Planta B Tempo x (dias) Altura y (cm) 2 3 0 x 9 y 2 V 40 m IFSC / Funções de 1º e 2º Grau Prof. Júlio César TOMIO Página 28 de 32 17) [REBELLO] O centro de gravidade de um golfinho saltador descreve uma trajetória parabólica, conforme a figura ao lado. Considerando as medidas apresentadas no desenho, determine a altura máxima atingida pelo golfinho na situação em questão.18) [REBELLO] Um foguete experimental é disparado do topo de uma colina, toca a extremidade superior de uma árvore, sem mudar sua trajetória e atinge o solo, conforme a figura a seguir. Determine: a) a altura máxima atingida; b) a distância do ponto em que o foguete passa pela altura máxima até o topo da árvore. Reflita sobre isto: O mundo é um lugar perigoso de se viver, não por causa daqueles que fazem o mal, mas sim por causa daqueles que observam e deixam o mal acontecer. [Albert Einstein] RESPOSTAS – RESPOSTAS – RESPOSTAS – RESPOSTAS – RESPOSTAS – RESPOSTAS – RESPOSTAS 1a) f(x) = x2 – 9 1e) f(x) = –3x2 + 12x = 36 = 144 1b) f(x) = 2x2 – 5x + 2 = 9 1f) y = –x2 – 16 = – 64 1c) f(x) = –x2 + x – 2/9 = 1/9 1g) f(x) = x2 = 0 1d) y = 2x2 + 5x = 25 Valor mínimo = –9 Ponto de mínimo (0, –9) Im = { y ℝ | y –9 } Valor máximo = 12 Ponto de máximo (2, 12) Im = { y ℝ | y 12 } Valor máximo = –16 Ponto de máximo (0, –16) Im = { y ℝ | y –16 } Valor mínimo = 0 Ponto de mínimo (0, 0) Im = { y ℝ | y 0 } Valor mínimo = –9/8 Ponto de mínimo (5/4, –9/8) Im = { y ℝ | y –9/8 } Valor máximo = 1/36 Ponto de máximo (1/2, 1/36) Im = { y ℝ | y 1/36 } Valor mínimo = –25/8 Ponto de mínimo (–5/4, –25/8) Im = { y ℝ | y –25/8 } x V –3 y 0 3 –9 x 2 –9/8 y ½ V 2 5/4 0 x 4 –2 y –1 1 2 1 x –2/9 1/36 y 1/3 2/3 V ½ V x –5/2 y –5/4 0 –25/8 x y –1 1 –16 V –17 x 4 12 y 2 0 V IFSC / Funções de 1º e 2º Grau Prof. Júlio César TOMIO Página 29 de 32 anos 2 20 12600 Visitantes 0 2880 3000 G rá fi co f o ra d e p ro p o rç ã o ! 1h) 1i) 1j) 1k) 1l) 2a) 3000 pessoas 2e) 2b) 4800 pessoas 2c) Daqui a 2 anos 2d) 2880 visitantes 3) 43 aparelhos 4a) 4 s 4b) 80 m 5a) L(p) = – 2p2 + 960p – 300 5b) p = 240 unidades (XV) 5c) Lucro máximo = 114.900 reais (YV) 5d) L(300) = 107.700 reais 6a) L(x) = – x2 + 120x – 2700 6b) R$ 500,00 6c) x = 60 reais e L(60) = 900 reais 7) 35 e 35 8) 100 cm2 9a) 112,5 m2 9b) 15 x 7,5 m 10a) b = 28 10b) temper. máxima = 36 ºC (YV) 10c) 11) Os pontos são: (1, 1) e (2, 4) 12a) 2 3x y 12b) Atingiram a mesma altura, de 9 cm, no 6º dia. 13) y = – x2 + 4x + 5 14) f(x) = – 2x2 + 18 15) S = –70 16) profundidade “zero” largura do canal = 40 m profundidade 04 m largura do canal 32,7 m profundidade 08 m largura do canal 23,1 m profundidade 12 m largura do canal = “zero” 17) 3,2 m 18a) 29,3 m 18b) 28,9 m tempo (h) 8 14 20 36 temperatura (ºC) 0 V Valor mínimo = 0 Ponto de mínimo (0, 0) Im = { y ℝ | y 0 } Valor máximo = 0 Ponto de máximo (– 4, 0) Im = { y ℝ | y 0 } g(x) = – x2 – 8x – 16 = 0 y = 2x2 = 0 x –16 – 8 y – 4 0 V x 8 –2 y –1 1 2 2 Ponto de mínimo infinitos pontos: (x , –3) com x < 0 Im = { y ℝ | y 0 ou y = –3 } Valor mínimo = –3 Valor máximo = 5 Ponto de máximo infinitos pontos: (x , 5) com x > 2 Im = { y ℝ | y < –3 ou 0 y 4 ou y = 5 } x 4 y 0 2 –3 V x – 4 –3 y –2 5 V 0 4 2 – 3 Im = { y ℝ | –25/4 y < 0 ou y 5 } Ponto de mínimo (1/2 , –25/4) Valor mínimo = –25/4 x –6 –1 y – 4 5 V 0 3 –25/4 1/2 IFSC / Funções de 1º e 2º Grau Prof. Júlio César TOMIO Página 30 de 32 Curiosidade: A Catenária Existem duas formas geométricas que são muito parecidas: a parábola e a catenária. As curvas representadas nas figuras [1] e [2] ao lado, têm a mesma longitude, no entanto, as primeiras são catenárias e as segundas, parábolas. A diferença é perceptível, embora sutil. Veja que na segunda figura, as curvas são mais pontiagudas. Quando a curva não é muito pronunciada, a única forma de distinguir uma catenária de uma parábola é através das respectivas equações. Assim, em situações digamos “simples”, podemos modelar um problema matematicamente fazendo uso de uma parábola e não de uma catenária, obviamente considerando uma aproximação razoável. Faríamos isso, pois a catenária necessita de uma função “transcendente” para representá-la analiticamente e a parábola, na posição em que aparece na figura ao lado, pode ser representada analiticamente por uma função quadrática, como acabamos de estudar. Matematicamente falando, a catenária descreve uma família de curvas planas semelhantes às que seriam geradas por uma corda [ou cabo] suspensa pelas suas extremidades e sujeita à ação da gravidade. A palavra catena significa “corrente”. A figura ao lado apresenta uma catenária [ou cabo pendente] como um cabo telefônico [ou de tv, por exemplo] estendido entre as duas torres, e pendendo livremente devido ao seu peso. Note que a figura está posicionada num sistema de coordeandas cartesianas. Figura: THOMAS, George B. Cálculo. v.1. Pearson, 2009. Agora, veja abaixo que a equação da curva catenária é dada por uma função hiperbólica: a x a.coshy [onde “cosh” é o cosseno hiperbólico] Sendo que a sua equivalente forma exponencial é: x/ax/a ee 2 a y [onde “e” é o número de Euler] Abaixo temos catenárias para diferentes valores de “a”. IFSC / Funções de 1º e 2º Grau Prof. Júlio César TOMIO Página 31 de 32 Aspectos Históricos: O problema de descrever matematicamente a forma da curva formada por um fio suspenso entre dois pontos e sob a ação exclusiva da gravidade foi proposto por Galileu Galilei, que propôs a conjectura de que a curva fosse uma parábola. Aos 17 anos de idade, Huygens mostrou em 1646 de que a conjectura era falsa. Em 1690, Johann Bernoulli relançou o problema à comunidade científica. A resolução do problema foi publicada independentemente em1691 por John Bernoulli, Leibniz e Huygens. Referências [acessadas em 17/08/2011]: http://pt.wikipedia.org/wiki/Caten%C3%A1ria http://sosmatematica.com.sapo.pt/mundomatematico/catenaria.htm Interessou? Procure saber mais! Tópico Extra: Soma e Produto das Raízes de uma Equação do 2º grau Para toda equação quadrática do tipo: 0 2 cbxax [ com a ℝ* e b , c ℝ ] podemos encontrar as suas raízes x e x através da fórmula: a b x 2 [com acb 4 2 ] conhecida no Brasil como Fórmula de Bhaskara. Entretanto, é fácil de encontrar duas relações existentes entre as raízes x e x [experimente!]. Elas são conhecidas como: SOMA das raízes: a b xx e PRODUTO das raízes: a c xx . Sabendo disso, podemos resolver mentalmente [“DKBÇA”] um grande número de equações do 2º grau, principalmente aquelas em que as raízes são números inteiros. Assim, vamos considerar SOMENTE as equações do 2º grau em que 1a . Desta forma, a equação fica: 0 2 cbxx . Isso implica que a Soma [ S ] e o Produto [ P ] entre as raízes ficarão simplificados: bxx e cxx . E assim, para facilitar o processo de resolução, podemos escrever a equação quadrática na forma: 0 2 PSxx Vejamos alguns exemplos: 065 2 xx 3 2 x x 065 2 xx 3 2 x x 0214 2 xx 7 3 x x 04 2 xx 4 0 x x 065 2 xx 6 1 x x 065 2 xx 6 1 x x 02510 2 xx 5 5 x x 09 2 x 3 3 x x Agora, experimente você! 0127 2 xx .......... .......... x x 012 2 xx .......... .......... x x 0128 2 xx .......... .......... x x Observações: Para resolver equações quadráticas pelo processo sugerido aqui [DKBÇA], obviamente se torna necessária uma “boa” prática. Caso você não consiga resolver mentalmente uma equação do 2º grau em menos de 20 segundos [aproximadamente], aplique a Fórmula de Bhaskara, pois se lembre que as raízes podem não ser números inteiros [e podem ser até números complexos]. IFSC / Funções de 1º e 2º Grau Prof. Júlio César TOMIO Página 32 de 32 Curiosidade: A Fórmula que utilizamos para encontrar as raízes de uma equação do 2º grau! Existem várias maneiras de deduzir a fórmula que conhecemos como “Fórmula de Bhaskara”. Veja abaixo uma destas maneiras e veja se você é capaz de compreender cada um dos passos! 02 cbxax cbxax 2 a c x a b x 2 22 2 22 a b a c a b x a b x 2 22 42 a b a c a b x 2 22 4 4 2 a bac a b x 2 2 4 4 2 a acb a b x 2 2 4 4 2 a acb a b x a acb a b x 2 4 2 2 a acbb x 2 42 Curta se puder... Não é quem eu sou por dentro e sim, o que eu faço é que me define. [Do filme: Batman Begins]
Compartilhar