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EA D Funções 3 1. OBJETIVOS • Entender e aplicar os sistemas de coordenadas cartesia- nas. • Compreender a representação gráfica de uma função. • Aplicar o conceito de função. • Analisar o comportamento das funções. 2. CONTEÚDOS • Sistemas de coordenadas cartesianas. • Conceito de função. • Representação gráfica de uma função. • Comportamento das funções. • Funções elementares. • Algumas aplicações das funções. © Matemática112 3. ORIENTAÇÕES PARA O ESTUDO DA UNIDADE Antes de iniciar o estudo desta unidade, é importante que você leia as orientações a seguir: 1) Leia e analise com atenção os conteúdos e exemplos sobre grandezas diretas, inversas e funções disponíveis nesta unidade, pois eles facilitam o entendimento das teorias e dos conceitos relacionados. 2) Procure aprofundar seus conhecimentos referentes ao aplicativo Excel, a fim de poder utilizá-lo na resolução de problemas com grandezas, funções e construções gráfi- cas nesta unidade. 3) Reflita sobre todos os exemplos apresentados. Caso não consiga compreendê-los, peça ajuda aos seus colegas e ao tutor. 4. INTRODUÇÃO À UNIDADE Como você observou, os conteúdos abordados na Unidade 2 foram conduzidos em tom de conversa, buscando a interação e a participação entre professor e aluno. Assim, estudamos, defini- mos e operamos matrizes e sistemas lineares de acordo com suas propriedades. Vamos, nesta unidade, aprender os conceitos básicos de grandezas diretamente e inversamente proporcionais, de uma maneira mais dinâmica, utilizando-nos do aplicativo Excel para facilitar e embasar os nossos estudos. Em seguida, abordaremos os conceitos de funções, construções gráficas e algumas de suas aplicações. Bom estudo! 5. SISTEMAS DE COORDENADAS CARTESIANAS Vimos, na Unidade 1, que o conjunto dos números reais tem uma representação geométrica na reta, de modo que, a cada nú- 113 Claretiano - Centro Universitário © U3 - Funções mero real a , podemos associar um ponto da reta e, reciproca- mente, a cada ponto da reta está associado um número real. O Sistema de Coordenadas Cartesianas é aquele em que po- demos representar pares ordenados de números reais ( ), a b . Tal sistema consiste em duas retas numeradas que se interceptam perpendicularmente na origem: uma delas horizontal, ou seja, eixo x, e a outra vertical, eixo y. Essas duas retas definem o Plano Cartesiano. Veja a ilustração a seguir: Figura 1 Sistemas de coordenadas cartesianas. Num par ordenado a ( ), a b de números reais, o primeiro elemento a é chamado abscissa, sendo representado no eixo x , enquanto o segundo elemento b é chamado ordenada, sen- © Matemática114 do representado no eixo y . Traçando-se por a e b retas paralelas aos eixos coordenados, essas retas interceptam-se num único pon- to P . Reciprocamente, dado um ponto P do plano, se traçarmos por P retas paralelas aos eixos, elas interceptarão cada eixo nos pontos a e ,b chamados coordenadas do ponto P . No estudo das funções, um sistema de coordenadas desse tipo será bastante útil para visualizarmos os gráficos das funções que darão importantes informações a respeito do comportamento de tais funções. 6. CONCEITO DE FUNÇÃO O conceito de função é básico e refere-se essencialmente a estabelecer uma relação entre elementos de dois conjuntos. Tal conceito nasceu das ideias de Galileu Galilei e acompanha o pen- samento matemático desde o século 18. Galileu Galilei, astrônomo, físico e escritor italiano (1564- 1642), foi defensor do sistema heliocêntrico de Copérnico e teve influência decisiva no tratamento matemático das ciências exatas. Sua principal obra é Teorias e provas matemáticas sobre duas no- vas ciências (1634). As relações funcionais ocorrem em todos os ramos do conhe- cimento humano. A maioria dos problemas da Física, da Economia, das Ciências Biológicas etc. envolve quantidades que dependem dos valores de outras quantidades. Por exemplo: a posição de uma partícula em movimento depende do tempo; o tamanho de uma população varia com o tempo; o preço de venda de uma mercado- ria é função do custo da produção dessa mercadoria etc. A defini- ção formal de função é uma reformulação desses conceitos numa linguagem mais geral. 115 Claretiano - Centro Universitário © U3 - Funções Definição exemplificada de função Dados dois conjuntos não vazios A e ,B uma função, defini- da em A com valores em ,B é uma lei que associa a cada elemen- to x do conjunto A um único elemento y do conjunto .B O diagrama a seguir mostra esse conceito: Figura 2 Relação de x em .y O conjunto A é chamado domínio da função; o conjunto B é o contradomínio (ou campo de valores) da função. Se denotar- mos a lei da correspondência de uma dada função por “ f ” e, se x for um elemento do domínio ,A indicamos por ( )f x o elemento do contradomínio, correspondente a x , e escrevemos: ( ) .y f x= Devemos considerar que “ ( )f x ” (lê-se: “ f de x ”) é um símbolo para indicar “o valor da função ,f no ponto x ”, e não deve ser confundido com a multiplicação f vezes x , pois tal mul- tiplicação não existe. Uma notação simbólica muito comum para representar fun- ções de um conjunto A num conjunto B é: : →f A B . © Matemática116 Em particular, para representar a correspondência entre um dado Ax∈ (lê-se: x pertencente a A ) e o valor ( ) ,f x B∈ utiliza- mos a notação: ( )xfx → ou ( ).y f x= Embora o conceito de função estabeleça uma relação entre elementos de dois conjuntos arbitrários, as funções aqui estuda- das são as “funções reais de variável real”, cujo domínio é um sub- conjunto dos números reais, e o contradomínio é o conjunto dos números reais. Em geral, essas funções serão dadas mediante uma expres- são algébrica que define a lei de associação. Por exemplo, a função que associa o seu dobro a cada número real é dada pela expres- são: ( ) xxf 2= ou 2 .y x= Nessa notação, ( ) ,y f x= destacamos a existência de duas variáveis. Uma delas, x , percorre o domínio. Para x , temos com- pleta liberdade de escolha (desde que essa variável pertença ao domínio), sendo, por essa razão, chamada de variável independen- te. Escolher essa variável fora do domínio não faz sentido. Há, também, outra variável: y . Para y , não temos liberdade de escolha (uma vez escolhido certo valor para a variável indepen- dente x , o valor correspondente para a variável y fica determina- do pela função e não pode ser tomado à vontade), sendo, por essa razão, chamada de variável dependente. Devemos observar que, nas funções definidas por meio de expressões algébricas, fica subentendido o domínio ser constituí- do de todos os valores de x para os quais é possível calcular o va- lor da função ( ).y f x= Em situações práticas, podemos ter de acrescentar restri- ções adicionais ao domínio, considerando apenas os valores para os quais tenha significado o cálculo do valor da função. Por exem- plo, a função que exprime a área de um quadrado, cujo lado tem comprimento x , é dada por: ( ) 2.A x x= 117 Claretiano - Centro Universitário © U3 - Funções Como expressão algébrica, faz sentido para qualquer núme- ro real x ; no entanto, os valores de x não podem ser negativos (não existe segmento com medida negativa). Exemplos: 1) Seja f a função dada por 2üy x= − com domínio [ ]D 1, 5 .= − O domínio de f é o intervalo fechado [ ]1,5 = − { }51| ≤≤−∈ xRx . Portanto, x não poderá assumir va- lores que não pertençam a esse intervalo. Por exemplo, não podemos calcular ( )6fy = porque 6 . x D= ∉ Para todovalor [ ] 1,5 ,x∈ − o correspondente valor y é calculado: “elevando x ao quadrado, multiplicando-se o resultado por 2 e subtraindo-se 4 desse último resulta- do”. Logo: 1 x = − ⇒ ( ) ( ) 21 2. 1 4 2.1 4 2y f= − = − − = − = − 0 x = ⇒ ( ) ( )20 2. 0 4 2.0 4 4y f= = − = − = − 0,3 x = ⇒ ( ) ( ) 20,3 2. 0,3 4 2.0,09 4 3,82y f= = − = − = − 2 x = ⇒ ( ) ( )22 2. 2 4 2.2 4 0y f= = − = − = 4 x = ⇒ ( ) ( )24 2. 4 4 2.16 4 28y f= = − = − = 2) Seja g a função que a cada número real r associa a área A do círculo de raio .r A variável independente r , nesse caso, é a medida do comprimento do raio de um círculo; portanto, o domínio dessa função é o conjunto dos números reais positivos, isto é, ( )0,D .= ∞ A lei da correspondência é dada pela © Matemática118 fórmula do cálculo da área do círculo. Assim, temos: ( ) 2;f r rπ= ⋅ ( )0, . r∈ ∞ Para calcular a área de um círculo de raio, digamos, 3,5 ,r cm= basta substituir 5,3=r na expressão anterior (assumindo o valor de 3,14) π = e calcular o valor de ( )3,5 :f ( ) ( )2 23,5 3,5 3,14 12,25 38,47f cmπ= × = × = . 3) Seja h a função dada por ⋅ − = 52 3 x y Essa expressão não está definida para os valores de x que anulam o denominador, ou seja, temos de impor a restrição: 052 ≠−x ⇒ 52 ≠x ⇒ 2 5 ≠x ⇒ 5,2≠x . Assim, o domínio da função não pode conter o ponto 5,2=x . Então, temos: { }5,2−= RD ou { }5,2| ≠∈= xRxD 4) Indique o domínio da função: ( ) 2 12 − − = x xxf . O radicando 2 12 − − x x não pode ser negativo. Lembrando que, para que um quociente de dois números reais seja positivo, é necessário que ambos, o numerador e o de- nominador, tenham o mesmo sinal (exemplos: 2 4 8 += + + e 2 4 8 += − − ). 119 Claretiano - Centro Universitário © U3 - Funções Logo, para resolver o problema 2 1 0, 2 x x − ≥ − temos de analisar as seguintes alternativas: a) >− ≥− 02 012 x x ⇒ > ≥ 2 12 x x ⇒ > ≥ 2 2 1 x x ⇒ 2>x ou b) <− ≤− 02 012 x x ⇒ < ≤ 2 12 x x ⇒ < ≤ 2 2 1 x x ⇒ 2 1 ≤x Portanto, o domínio será o conjunto dos números reais, tal que 2 1 ≤x ou 2.x > Na reta, haveria a seguinte con- figuração: Figura 3 Reta real. 7. REPRESENTAÇÃO GRÁFICA DE UMA FUNÇÃO É muito conveniente representar funções por meio de gráfi- cos. Os gráficos permitem visualizar qualitativamente o comporta- mento das funções. Dada uma função ,f sabemos que para cada Dx∈ pode- mos calcular um único valor ( ).y f x= Os pares ordenados ( )( ), ,x f x com x percorrendo o domínio de ,f constituem o gráfico da função .f © Matemática120 Para a representação gráfica de uma função ( ) , ,y f x x D= ∈ escolhemos um conjunto de valores da variável independente x , calculamos os correspondentes valores ( ) xfy = e, num sistema de coordenadas cartesianas, marcamos os pontos ( )( ), ,P x f x= unindo esses pontos por uma curva contínua. Para sua melhor compreensão, observe a figura a seguir: Figura 4 Representação gráfica de uma função. Exemplos: 1) Esboce o gráfico da função 2 20;y x= + [ ]10, 40 .x∈ Solução: Inicialmente, devemos escolher alguns valores de x no domínio 10 40x≤ ≤ e, para cada x escolhido, calcular o correspondente ( ).y f x= Em seguida, represen- tamos esses pontos num sistema de coordenadas. Como temos liberdade na escolha dos valores x , esco- lhemos, por exemplo, os valores 10, 20, 30 e 40 do domínio e construímos a tabela de valores e o gráfico, conforme a Figura 5. 121 Claretiano - Centro Universitário © U3 - Funções x ( ) xfy = 10 40 20 60 30 80 40 100 Figura 5 Tabela e gráfico da função ( ) 2 20.f x x= + 2) Uma empresa, com base na pesquisa da demanda de um de seus produtos, estima que, se o preço de venda unitário for fixado entre R$ 6,00 e R$ 12,00, o lucro obtido pela comercialização de 1.000 unidades desse produto é dado por: ( ) 2240 12 ,L x x x= − onde x é o va- lor do preço unitário de venda. Esboce o gráfico da função lucro e estime o preço de ven- da que resulte no maior lucro. Solução: Inicialmente, devemos escolher alguns valores de x no domínio 6 12x≤ ≤ e, para cada x escolhido, temos de calcular o correspondente ( ).y f x= Em seguida, repre- sentamos esses pontos num sistema de coordenadas, como na Figura 6. © Matemática122 x ( ) xfy = 6 1008 7 1092 8 1152 9 1188 10 1200 11 1188 12 1152 Figura 6 Tabela e gráfico da função ( ).f x Pela análise desse gráfico, concluímos que o preço de venda que produz o maior lucro deverá ser igual a R$ 10,00 por unidade. Em determinadas situações, não conhecemos a expres- são algébrica que define a função; conhecemos, apenas, os pares de valores ( )( ), ,x f x que relacionam as variá- veis dependente e independente. Isso ocorre frequen- temente em pesquisas de opinião cujos resultados são compilados em forma de tabela. Podemos visualizar o gráfico da correspondente função representando os pares de valores da tabela num siste- ma de coordenadas cartesianas, unindo-os em seguida por uma curva. O gráfico da Figura 7 mostra o resultado da pesquisa do comportamento da demanda de mercado de um deter- minado produto, como função do preço de venda. Os va- lores da pesquisa foram compilados na tabela a seguir: 123 Claretiano - Centro Universitário © U3 - Funções Preço Quantidade 5 500 10 300 15 200 20 140 25 100 Figura 7 Tabela e gráfico da função demanda. 8. COMPORTAMENTO DAS FUNÇÕES Neste tópico, estudaremos as funções crescentes e decres- centes, bem como os pontos de máximo e de mínimo. Funções crescentes e decrescentes Uma função real será crescente num intervalo bxa << se, à medida que o valor de x aumentar, os correspondentes ( ) xfy = também aumentarem. Simbolicamente, para quaisquer valores 1x e 2x do intervalo ( ), ,a b ( ) ( )1 2 1 2 .x x f x f x< ⇒ < Analogamente, uma função real será decrescente num inter- valo bxa << se, à medida que o valor de x aumentar, os corres- pondentes ( ) xfy = diminuírem. Simbolicamente, para quaisquer valores 1x e 2x do intervalo ( ), ,a b ( ) ( )1 2 1 2 .x x f x f x< ⇒ > A Figura 8 mostra esses comportamentos: © Matemática124 Figura 8 Função crescente e função decrescente. Pontos de máximo e de mínimo Seja f uma função definida num intervalo aberto de núme- ros reais bxa << e seja 0x um ponto desse intervalo. O ponto 0x será um ponto de máximo local se, para os valo- res de x “próximos” de 0x , tivermos: ( ) ( )0 ;f x f x≤ numa lin- guagem mais formal, existe um intervalo de números reais, con- tendo 0x , tal que, para todo x nesse intervalo, o valor de ( ) xf não ultrapassa o valor ( )0 .f x Analogamente, 0x será um ponto de mínimo local se, para os valores de x “próximos” de 0x , tivermos: ( ) ( )0 . f x f x≥ A Figura 9 apresenta esses comportamentos: 125 Claretiano - Centro Universitário © U3 - Funções Figura 9 Ponto de máximo e ponto de mínimo. A representação gráfica de uma função permite identificar os intervalos em que a função é crescente ou decrescente, bem como identificar seus pontos de máximo e de mínimo. No entan- to, para uma análise mais precisa sobre esses comportamentos, precisamos das ferramentas que são desenvolvidas no cálculo di- ferencial e integral.9. FUNÇÕES ELEMENTARES Uma classe de funções de particular interesse nas aplicações são as chamadas funções polinomiais, em que a variável indepen- dente x aparece na expressão tendo como expoente um número natural. Exemplos: 1) 5232 24 ++−= xxxy (função polinomial do 4º grau) 2) 35 23 −−+= xxxy (função do 3º grau) 3) 22 −−= xxy (função do 2º grau) © Matemática126 4) 12 += xy (função do 1º grau) Nessa classe das funções polinomiais, a função constante e as funções do 1º e 2º graus são importantes como modelos para descrever problemas de aplicação nas áreas da Administração e da Economia, como, por exemplo, as funções oferta e demanda de mercado, função custo de produção etc. Faremos um estudo detalhado dessas funções: Função constante ky = Seja k um número real qualquer. A função ,f definida no conjunto dos números reais e dada por ky = ou ( ) ,f x k= é cha- mada função constante. A representação gráfica da função cons- tante é uma reta paralela ao eixo x , passando pelo ponto .y k= Exemplo: Figura 10 Gráfico da função constante 3.y = 127 Claretiano - Centro Universitário © U3 - Funções Função do 1º grau y ax b= + A função do 1º grau na variável x é toda definida pela ex- pressão ,y ax b= + onde a e b são números reais conhecidos, com 0.a ≠ É possível demonstrar que o gráfico de toda função do 1º grau é uma reta e, como sabemos, para desenhar uma reta, preci- samos apenas de dois de seus pontos, isto é, uma reta fica comple- tamente determinada quando conhecemos dois de seus pontos. Assim, para construir o gráfico da função ,y ax b= + esco- lhemos dois valores 1x e 2 ,x calculamos os correspondentes ( )11 xfy = e ( )2 2 ,y f x= obtendo os pontos ( )( )11 , xfxA = e ( )( )22 , xfxB = , que, representados num sistema de coordenadas cartesianas, determinam a reta. Exemplo: Queremos obter o gráfico da função 2 1,y x= + Rx∈ . Solução: Escolhendo dois pontos do domínio, digamos, 01 =x e 2 1,x = e calculamos: 1 0x = ⇒ ( )1 0 2 0 1 1y f= = × + = ⇒ ( ) 0, 1 A = 2 1x = ⇒ ( )2 1 2 1 1 3 y f= = × + = ⇒ ( ) 1, 3B = Após o cálculo que acabamos de fazer, obtemos, então, a reta da figura a seguir: © Matemática128 Figura 11 Função do 1º grau: crescente. Uma reta y ax b= + pode estar posicionada no sistema de coordenadas “mais para cima ou mais para baixo”; “mais para a direita ou mais para a esquerda”; “mais inclinada ou menos incli- nada”, de acordo com os coeficientes a e :b • O coeficiente b corresponde ao ponto onde a reta “corta” o eixo .y • O coeficiente a , chamado coeficiente angular da reta, mede a inclinação da reta em relação ao eixo x . Ele de termina a tangente do ângulo que a reta faz com o eixo .x Se a for positivo, o ângulo que a reta faz com o eixo x é agudo e a função crescente. Se a for negativo, o ângulo que a reta faz com o eixo x é obtuso e a função decrescente. Veja a ilustração a seguir: 129 Claretiano - Centro Universitário © U3 - Funções Figura 12 Função do 1º grau: crescente e decrescente. Um problema importante relacionado às funções do 1º grau é encontrar a expressão da função ,y ax b= + ou a equação da reta que passa por dois pontos conhecidos ( )11 , yxA = e ( )2 2, .B x y= Exemplo: Obter a expressão da função do 1º grau (equação da reta) que passa pelos pontos ( )2 ,1=A e ( )2, 3 .B = Solução: Sabemos que a função do 1º grau procurada tem a forma geral y ax b= + e que os pontos ( )2 ,1=A e ( )3 ,2=B satisfa- zem tal equação. Assim, como A é ponto do gráfico, substituindo 2y ,1 ==x na equação, obtemos: 2 1 .a b= ⋅ + Como B também é ponto do gráfico, substituindo 3y ,2 ==x na equação, obtemos: 3 2 .a b= ⋅ + Essas duas últimas equações geram o sistema: =+ =+ 32 2 ba ba © Matemática130 Esse sistema resolvido, por exemplo, por escalonamento, como aprendemos na Unidade 2, transforma-se no sistema equi- valente: ( ) ( ) 2 2ª linha - 2. 1ª linha1 a b b + = ↔− = − ⇒ 1 b = ; 1a = Assim, a reta procurada é: 1.y x= + Vamos analisar alguns problemas que envolvem funções do 1º grau. Exemplo 1 Uma pequena fábrica produz camisetas, tem um custo fixo (CF ) mensal de R$ 500,00 e gasta R$ 3,00 em cada camiseta produzida (o custo fixo é o gasto da fábrica, esteja ela produzindo ou não, como, por exemplo: aluguel). Expresse o custo total (CT) em função da quantidade produzida no mês por meio de uma fórmula matemática (função) e construa o gráfico dessa função. Para resolver esse problema, devemos considerar que, se a fábrica produzir no mês uma quantidade x de camisetas ( 0≥x ), o custo total (CT ) será dado por: ,CT CF CV= + em que CV é o custo variável, proporcional ao número x de camise- tas produzidas, o que corresponde a 3 ,CV x= e CF é o custo fixo mensal. Assim, podemos dizer que, nesse caso, o número 3 é o coe- ficiente de proporcionalidade. Logo, obtemos: ( ) CT x CF CV= + ( ) 500 3 .CT x x⇒ = + Observe que ( ) 500 3CT x x= + é uma função do 1º grau. Vi- mos anteriormente que função polinomial do 1º grau, ou função afim, é qualquer função f de IR em IR , dada por uma lei da for- ma ( ) ,f x ax b= + onde a e b são números reais e 0.a ≠ 131 Claretiano - Centro Universitário © U3 - Funções Na função ( ) ,f x ax b= + o número a é denominado coe- ficiente de x , e o número b é o termo constante. Assim, na fun- ção ( ) 500 3 ,CT x x= + 3=a e 500.b = O gráfico de uma função polinomial do 1º grau, ( ) a ,y f x x b= = + com 0,a ≠ é uma reta oblíqua (inclinada crescente ou decrescente) aos eixos cartesianos Ox e Oy, como vimos anteriormente. Para construir o gráfico, devemos atribuir alguns valores para x e substituir esse valor na função ( ) 500 3 .CT x x= + Obser- ve, na Tabela 1, alguns valores atribuídos para esse problema. Tabela 1 Quantidade e custo total de camisetas. QUANTIDADE (X) 0 1 2 3 4 5 CUSTO TOTAL CT (X) 500 503 506 509 512 515 Em seguida, vamos transferir esses valores ordenados ))(,( xfx para um plano cartesiano ( , ( )),x CT x a fim de obtermos o gráfico da função. Gráfico da Função y = 3x + 500 495 500 505 510 515 520 0 1 2 3 4 5 6 quantidade cu st o to ta l Figura 13 Gráfico da função ( ) 3 500.CT x x= + © Matemática132 O coeficiente de ,x ,a é chamado coeficiente angular da reta e determina a inclinação da reta em relação ao eixo O .x No caso da função, ( ) 3 500, 3.CT x x a= + = O termo constante, b , é chamado coeficiente linear da reta. Assim, o coeficiente linear é a ordenada do ponto em que a reta intercepta o eixo O .y No caso da função, ( ) 3 500,CT x x= + 500.b = Suponha que, no exemplo anterior, a fábrica venda cada ca- miseta por R$ 10,00. Podemos escrever uma fórmula que forneça a receita R em função do número de camisetas vendidas (lembre- -se de que a receita é o quanto a fábrica arrecada na venda das camisetas). Assim, ( ) 10 ,R x x= para 0,x ≥ em que R é a receita; x , a quantidade de camisetas, e R$ 10,00, o preço de venda de cada camiseta. É possível, também, escrever uma fórmula que forneça o lu- cro L em função da quantidade de camisetas vendidas (lembre-se de que o lucro L será o que a fábrica recebe na venda de camise- tas menos o que ela gasta para produzi-las, ou seja: despesasreceitalucro −= ). Logo: ( ) ( ),L R x CT x= − para 0,x ≥ onde L é o lucro; ,Ra receita, e ,CT o custo total. Na função lucro, podem ser substituídas a função receita e a função custo total, obtendo-se uma função que relacione o lucro com a quantidade vendida. Dessa forma, teremos: 10 (500 3 ) 10 500 3L x x L x x= − + ⇔ = − − ⇔ 7 500,L x= − para 0≥x 133 Claretiano - Centro Universitário © U3 - Funções Para construir o gráfico da função lucro, devemos atribuir al- guns valores para x e substituir esses valores na função ( ) 7 500.L x x= − Observe, na Tabela 2, alguns valores atribuídos para esse problema. Tabela 2 Quantidade de camisetas e lucro nas vendas. QUANTIDADE (X) 0 20 40 60 80 100 LUCRO (X) -500 -360 -220 -80 60 200 Gráfico da Função Lucro y = 7x - 500 -600 -500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 0 20 40 60 80 100 120 quantidade lu cr o Figura 14 Gráfico da função ( ) 7 500L x x= − . Com a função lucro, é possível determinar, por exemplo, quan- tas camisetas deverão ser fabricadas no mês para tornar o lucro po- sitivo. Para obtermos essa informação, basta considerarmos que, para o lucro ser positivo, devemos ter 0.L > Assim, fazemos: 5007 500 0 7 500 71,42 7 x x x x− > ⇔ > ⇔ > ⇔ > A quantidade 71,42,x = que torna o lucro igual ao custo fixo, é denominada quantidade de equilíbrio, o que significa que a em- presa conseguiu cobrir apenas os custos, não obtendo nenhum lucro. © Matemática134 Exemplo 2 Numa determinada indústria, o custo total de uma mercado- ria é composto pelo custo fixo de R$ 230,00 mais o custo variável de R$ 0,25 por unidade fabricada. Se representarmos o custo dessa mercadoria por y , e a quantidade de unidades fabricadas por x , poderemos expressar, por meio de uma fórmula matemáti- ca (função), esses valores. Sabemos que o custo total é igual ao custo fixo mais o custo variável. Assim, é possível expressar isso matematicamente por 230 0,25y x= + ou ( ) 230 0,25= +f x x , onde ( )f x é o custo to- tal, e x é a quantidade produzida. Graficamente, teríamos uma reta crescente, pois trata-se de uma função do 1º grau. Para construir o gráfico referente a essa função, é preciso atribuir alguns valores ao x e determinar o custo total ( )f x para essas quantidades. Observe, na Tabela 3, alguns valores atribuídos à quantidade x : Tabela 3 Quantidade e custo total de mercadorias. QUANTIDADE (X) 0 20 40 60 CUSTO TOTAL F(X) 230 235 240 245 De posse dos dados da tabela, como já vimos anteriormente, é possível construir um gráfico dessa situação-problema. 135 Claretiano - Centro Universitário © U3 - Funções CUSTO X QUANTIDADE y = 0,25x + 230 225 230 235 240 245 250 0 10 20 30 40 50 60 70 QUANTIDADE C U ST O T O TA L Figura 15 Gráfico da função ( ) = 0, 25 230f x x + . Exemplo 3 Para consertar aparelhos eletrônicos em usinas de álcool da região, um técnico de manutenção precisa se deslocar de uma lo- calidade à outra. Com esse intuito, o técnico cobra uma taxa fixa de visita de R$ 110,00 e mais R$ 0, 40 por quilômetro percorri- do distante de sua cidade de origem, onde se localiza sua empresa. Nessas condições, é possível determinarmos uma expressão mate- mática (função) que possibilite ao técnico calcular o custo de visita para cada situação. Assim, se considerarmos que o custo dos serviços ( )y é fun- ção da quantidade de quilômetros percorridos ( )x e do custo fixo, temos: 110 0,4y x= + ou ( ) 110 0,4= +f x x . De posse dessa expressão, é possível, por exemplo, calcular o valor a ser cobrado de um cliente que está distante 89km. Para isso, basta substituirmos na expressão a variável y por 89 , obtendo: ( ) 110 0,40.(89) ( ) 110 35,6 145,60= + ⇒ = + =f x f x . O custo to- tal desta visita será, então, R$ 145,60 . Podemos, também, esbo- © Matemática136 çar o gráfico dessa situação. Para tanto, é preciso atribuir alguns valores para a distância x e determinar o custo total ( )f x para essas distâncias. Observe, na tabela a seguir, alguns valores atribuídos à dis- tância x : Tabela 4 Distância percorrida e custo total dos consertos. DISTÂNCIA (X) 0 20 40 60 CUSTO TOTAL F(X) 110 118 126 134 Com os valores obtidos na Tabela 4, como já vimos anterior- mente, é possível construir um gráfico dessa situação-problema. CUSTO X DISTÂNCIA y = 0,4x + 110 0 20 40 60 80 100 120 140 160 0 10 20 30 40 50 60 70 DISTÂNCIA C U ST O T O TA L Figura 16 Gráfico da função ( ) 0, 4 110f x x= + . Função do 2º grau: 2y ax bx c= + + A função do 2º grau na variável x é definida pela expressão 2 ,y ax bx c= + + em que ,a b e c são números reais conheci- dos, com 0.a ≠ De modo geral, para construirmos o gráfico de uma função do 2º grau, precisamos fazer 0=y para obtermos uma equação do 2º grau: 2 0.ax bx c+ + = 137 Claretiano - Centro Universitário © U3 - Funções O gráfico da função quadrática cruza o eixo do x em um único ponto se 0;∆ = cruza o eixo do x em dois pontos distin- tos se 0;∆ > e não cruza o eixo x se 0.∆ < Na Figura 17, estão ilustradas essas propriedades: Figura 17 Tipos de gráficos de funções do 2º grau. Toda função do 2º grau tem como gráfico uma figura simétri- ca chamada parábola, cujo eixo de simetria é paralelo ao eixo .y Exemplo: Obter o gráfico da função do 2º grau: 2 2;y x x= − − [ ]2 , 2 .x∈ − Solução: Devemos lembrar que, para obter o gráfico de uma função f , em geral, devemos: • escolher uma sequência de valores 1 2 , , ..., nx x x do do- mínio; • calcular o correspondente valor da função em cada um desses pontos ( ) ( ) ( )1 1 2 2 n, y f , ... , y f= = = ny f x x x ; • representar os pares ordenados ( )ii yx , no sistema de coordenadas cartesianas. © Matemática138 Assim, escolhendo os valores 2, 1, 0, 1, 2− − no domínio, 2 2− ≤ ≤x , calculamos os correspondentes valores de y cons- truindo a tabela de valores, que nos permitirá elaborar o gráfico seguinte (Figura 18). x 22 −−= xxy -2 4 -1 0 0 -2 1 -2 2 0 Figura 18 Gráfico da função ( ) ² 2f x x x= − − . A parábola, gráfico da função do 2º grau 2 ,y ax bx c= + + tem a concavidade voltada para cima ou para baixo, conforme o coeficiente a seja positivo ou negativo. A Figura 19 apresenta duas concavidades de parábolas. 139 Claretiano - Centro Universitário © U3 - Funções Figura 19 Concavidades das parábolas. A próxima figura destaca um ponto característico e impor- tante da parábola, que é o seu vértice. Observe que, para determi- narmos o vértice da parábola, devemos determinar as coordena- das ( , )v vx y desse ponto. Para isso, utilizamos as expressões: ; 2v bx a − = a yv 4 ∆− = Figura 20 Vértice da parábola. © Matemática140 O vértice da parábola é o seu ponto de máximo, se 0,a > ou mínimo, se 0.a < Assim, nas funções do 2º grau, podemos conceituar os pon- tos de máximo e mínimo com o auxílio de cálculos. Veja os exemplos a seguir: 1) Na função 2( ) 6 8f x x x= − + − o valor máximo é deter- minado por: 26 4.( 1).( 8) 36 32 4 1 4 4 4 4v y a ∆ − − − − − = − = − = − = = − − − Máximo de uma função - se x = 3 temos f(x) = 1 f(x) = -x2 + 6x - 8 -3,5 -3 -2,5 -2 -1,5 -1 -0,5 0 0,5 1 1,5 0 1 2 3 4 5 6 Figura 21 Valor máximo da função ( ) 2 6 – 8f x x x= − + . 2) Na função 2( ) 2 3f x x x= − − , o valor mínimo de f é determinado por: 2( 2) 4 (1) ( 3) 4 12 16 4 4 4 4 4v y a ∆ − − × × − + = − = − = − = − = − 141 Claretiano - Centro Universitário © U3 - Funções Mínimode uma função - se x = 1 temos f(x) = - 4 y = x2 - 2x - 3 -6 -4 -2 0 2 4 6 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 Figura 22 Valor mínimo da função ( ) 2 2 – 3f x x x= − . Função modular A função modular é definida como ( ) =f x x . Lembremos que o módulo de um número real x é dado por: , 0 , 0 x se x x x se x ≥ = − < Exemplo: 5 5,= pois 5 é um número positivo. ( )8 8 8,− = − − = pois 8 é um número negativo. Na função modular, qualquer valor assumido por x resulta em um valor não negativo y . O domínio da função é o conjunto dos números reais, e a imagem é o conjunto dos reais não negati- vos. O gráfico da função modular é semelhante ao gráfico da fun- ção do 1º grau ( ) ,f x x= diferenciando-se apenas no lado negati- vo do gráfico. © Matemática142 Faça uma comparação: o gráfico de ( )f x x= é: Figura 23 Gráfico da função do 1° grau crescente. E o gráfico de ( )f x x= é: Figura 24 Gráfico da função modular. A parte negativa do gráfico (no 3º quadrante) “vira-se” para a parte positiva (4º quadrante). Veja outro exemplo: ( ) 33 2 f x x= − Para construir o gráfico dessa função, escolhemos alguns pontos da função, como 0=x e 0=y , por exemplo. Se 0x = : 33 0 2 y = − × ⇒ 3y = ⇒ 3y = 143 Claretiano - Centro Universitário © U3 - Funções Se 0y = : 30 3 2 x= − ⇒ 33 0 2 x− = ⇒ 2x = Por enquanto, sabemos que o gráfico tem o seguinte aspec- to: Figura 25 Gráfico da função do 1° grau decrescente. Para continuá-lo, escolhemos mais alguns pontos, como 4.x = Se 4x = : 33 4 2 y = − × ⇒ 3y = − ⇒ 3y = Agora o gráfico está pronto: © Matemática144 Figura 26 Gráfico da função modular. Exemplo: Para construir o gráfico da função ( ) | 2 |,f x x= + escreve- mos 2 0 x + = para determinarmos a raiz da equação. Assim, obtemos: x 2= − . Em seguida, construímos uma tabela com valo- res de x maiores e menores ao da raiz. Substituímos esses valores na função e obtemos os resultados na seguinte tabela: Tabela 5 Resultados obtidos das funções. (x) -4 -3 -2 -1 0 f(x) 2 1 0 1 2 145 Claretiano - Centro Universitário © U3 - Funções Figura 27 Gráfico da função modular ( ) | 2 |,f x x= + . Exemplo: Construa o gráfico da função ( ) x 2 1.f x = − − Para construir o gráfico da função, é necessário determinar- mos as raízes da equação. Nesse caso, fazemos: ( 2) 1 1 2 3x x x− = ⇒ = + ⇒ = ( 2) 1 2 1 1 2 1 1x x x x x− − = ⇒ − + = ⇒ − = − ⇒ − = − ⇒ = Em seguida, construímos uma tabela, com valores de x maiores e menores aos das raízes. Substituímos esses valores na função, de acordo como o exposto na Tabela 6. Observação: nesse caso, 2x = não é raiz da equação. As raízes seriam 3 x = e 1x = , conforme mostra o gráfico. Tabela 6 Resultados obtidos da funções. (x) 0 1 2 3 4 f(x) 1 0 -1 0 1 Depois, com os valores obtidos, construímos o gráfico a se- guir para essa função: © Matemática146 Figura 28 Gráfico da função modular ( ) 2 1f x x= − − . Funções exponenciais As funções exponenciais são importantes nas aplicações da ciência e da engenharia. Seja a um número positivo e diferente de 1, a função ( ) xf x a= é a função exponencial com base a. Exemplo 1 Considere a função ( ) 10 .xf x = Para construirmos o gráfico da função, devemos escolher alguns valores aleatórios para x e o substituirmos na função. Tabela 7 Resultados obtidos das funções. (x) -1 0 1 2 ( ) 10f x 0,1 1 10 100 147 Claretiano - Centro Universitário © U3 - Funções Função exponencial y = 10x 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 -2 -1 0 1 2 3 Figura 29 Gráfico da função exponencial ( ) 10 .xf x = Exemplo 2 Considere a função ( ) 10 .xf x = Para construirmos o gráfico da função, devemos escolher alguns valores aletórios para x e o substituirmos na função. Tabela 8 Resultados obtidos das funções. (x) -2 -1 0 1 ( ) 10 xf x −= 100 10 1 0,1 © Matemática148 Função exponencial y = 10-x 0 20 40 60 80 100 120 -3 -2 -1 0 1 2 Figura 30 Gráfico da função exponencial ( ) 10 xf x −= . Exemplo 3 Um capital ( )C de R$ 1.000,00 é aplicado a uma taxa de juros ( )i de 8% ao ano. Qual o montante ( )M após 20 anos ( ) , n se os juros forem capitalizados continuamente? Para resolvermos esse problema, utilizamos o conceito de função exponencial e escrevemos: (1 ) .nM C i= + Podemos representar esse problema com a função 1000 (1 8%)nM = × + ou ( ) 1000 (1 0,08)nM n = × + , deixando o tempo n variável. Para determinarmos os valores do montante, substituímos os valores de n (tempo em anos) na função e calcu- lamos os valores para o montante. 149 Claretiano - Centro Universitário © U3 - Funções Tabela 9 Relação montante x anos. n(anos) M(n) (montante) 1 1.080 2 1.166 3 1.259 4 1.360 5 1.469 10 2.158 20 4.660 Tempo x Montante - Função Exponencial M = 1000(1+0,08)x 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 Figura 31 Gráfico da função exponencial – ( ) ( )M n = 1000 1 0,08+ 20 . Exemplo 4 Outra aplicação para a função exponencial consiste em de- terminarmos o crescimento populacional. Por exemplo: em certa cultura, há 1000 bactérias em um determinado instante. Após 10 minutos, existem 4.000. Quantas bactérias existirão em uma hora? © Matemática150 Considere P a população, t o tempo decorrido, k a taxa de crescimento, e um número irracional (e 2,7182818284)= e Op a população inicial. A população P pode ser determinada, em fun- ção do tempo t , pela expressão ( ) k tP t P e ×= × , com k 0> . Substituindo os valores do problema na função anterior, ob- teremos: • Após 10 minutos: 10(10) 1000 kP e ×= × e (10) 4000P = Assim, 104000 1000 ke ×= × ⇒ 10 4ke = • Após uma hora: 60(60) 1000 kP e ×= × ⇒ ( 10) 6(60) 1000 kP e × ×= × ⇒ 6(60) 1000 4 1000 4096P = × = × 4.096.000= Após uma hora, o número de bactérias na cultura será 4.096.000 . Veja, a seguir, a representação gráfica da função ( ) .k toP t P e ×= × Tabela 10 Função ( ) . k t oP t P e ×= × n (anos) M(n) (montante) 10 4.000 20 16.000 30 64.000 40 256.000 50 1.024.000 60 4.096.000 151 Claretiano - Centro Universitário © U3 - Funções Função Exponencial - crescimento populacional - bactérias P = 1000ekt 0 1000000 2000000 3000000 4000000 5000000 0 10 20 30 40 50 60 70 tempo po pu la çã o Figura 32 Função exponencial do crescimento populacional 1000P e= × kt . Função logarítmica A função logarítmica de base ,a ( ) log ,ay f x x= = é a fun- ção inversa da função exponencial ( ) xy f x a= = ( 0, 1)a a> ≠ de base a . Para exemplificar, vamos construir em um mesmo sis tema de eixos os gráficos de ( ) 2xf x = e 2( ) log .f x x= Para tanto, atribuímos valores numéricos para x e obtemos os corres- pondentes ( ).f x Observe as Tabelas 11 e 12 e os respectivos gráficos na Figu- ra 33. Tabela 11 Função exponencial. x -2 -1 0 1 2 2xy = 0,25 0,5 1 2 4 Tabela 12 Função logarítmica. x 0,25 0,5 1 2 4 2 log y x= -2 -1 0 1 2 © Matemática152 Função Exponencial y = 2x 0 1 2 3 4 5 -3 -2 -1 0 1 2 3 Função Logarítmica y = Log2(x) -3 -2 -1 0 1 2 3 0 1 2 3 4 5 Figura 33 Gráficos da função exponencial e da função logarítmica. 153 Claretiano - Centro Universitário © U3 - Funções Exemplo: Quanto tempo será necessário para que a importânciade R$ 1.000,00 atinja um montante de R$ 1.500,00, sabendo-se que os juros de 8% ao ano são compostos continuamente? Vimos que o montante pode ser determinado por (1 ) .nM C i= + Observação: (1 ) .nM C i= + Ou, então, por .i nM C e ×= × Assim: 0,081500 1000 ne ×= × ⇒ 0,081,5 ne ×= ⇔ ( ) ( )0,08ln 1,5 ln ne ×= ⇔ ( ) ( )ln 1,5 0,08 lnn e= × × ⇔ ( )ln 1,5 0,08 n= × ⇔ ln1,5 log1,5 ln10 0,1761 2,3025 0,4055 0,08 0,08 0,08 0,08 n × ×= = = = ⇔ 5,06875n = Logo, será necessário aplicar R$ 1.000,00 durante aproxi- madamente cinco anos para atingir um montante de R$ 1.500,00. 10. ALGUMAS APLICAÇÕES DAS FUNÇÕES Abordaremos, agora, algumas aplicações do conceito de função a problemas relacionados às situações de nosso dia a dia. Em particular, a microeconomia preocupa-se em estudar o com- portamento das unidades econômicas individuais, o que nos leva a questões, tais como: • Quais são os fatores que determinam o preço de certos bens e serviços? • Quanto cada mercadoria será produzida? • De que maneira os indivíduos gastam sua renda? © Matemática154 Estudaremos alguns modelos simples de oferta e demanda e dos custos de produção de determinado bem. Nesse estudo, deve- mos enfatizar a necessidade de utilizarmos o ambiente da Sala de Aula Virtual para, de forma coletiva e colaborativa, compreender cada um desses modelos e, assim, construir nosso conhecimento. Função demanda e função oferta de mercado A demanda é a procura por um bem ou serviço, demons- trando as quantidades que os compradores estariam dispostos e seriam capazes de adquirir a diferentes preços de mercado. Fica evidente que a demanda descreve o comportamento dos compradores, dependendo de vários fatores, principalmente do preço. A relação de dependência entre o preço e a quantidade de- mandada obedece à Lei Geral da Demanda: toda vez que o preço diminui, a quantidade demandada aumenta, e, reciprocamente, toda vez que o preço aumenta, a quantidade demandada dimi- nui. Segundo essa lei, a função que relaciona essas variáveis, pre- ço unitário y do produto e a quantidade demandada x , é uma função ( )xfy = decrescente, ou seu gráfico é uma curva decres- cente. O gráfico a seguir apresenta este comportamento: 155 Claretiano - Centro Universitário © U3 - Funções Figura 34 Gráfico da função demanda. A oferta, ao contrário da demanda, descreve o comporta- mento dos vendedores, mostrando o quanto eles estariam dis- postos a vender a um preço determinado. A quantidade ofertada também depende de vários fatores, como, por exemplo, o preço. Assim como a demanda obedece a uma lei, a relação de de- pendência entre o preço e a quantidade ofertada também obede- ce a uma lei denominada: Lei da Oferta: toda vez que o preço aumenta, a quantidade ofertada aumenta, e, reciprocamente, toda vez que o preço dimi- nui, a quantidade ofertada diminui. Segundo essa lei, a função que relaciona essas variáveis, pre- ço unitário y do produto e a quantidade ofertada x , é uma fun- ção ( )xgy = crescente, ou seja, seu gráfico é uma curva crescen- te. Observe o gráfico a seguir: © Matemática156 Figura 35 Gráfico da função oferta. Combinando as curvas de oferta e demanda, encontramos um ponto (intersecção das duas curvas), chamado ponto de equi- líbrio de mercado, em que as quantidades demandada e ofertada se equilibram. Esse fato fica evidenciado se desenharmos os dois gráficos num mesmo sistema de coordenadas cartesianas, como mostra a figura a seguir: Figura 36 Gráfico da função oferta x função demanda. 157 Claretiano - Centro Universitário © U3 - Funções O tipo e os parâmetros que caracterizam as funções de ofer- ta e demanda são, em geral, determinados por métodos estatísti- cos. É comum adotar um modelo linear para descrever tais fun- ções, ou seja, uma função do 1º grau y ax b= + : • Função demanda: y ax b= + , com 0a < ( x é a quanti- dade, e ,y o preço). • Função oferta: y ax b= + , com 0a > ( x é a quantidade, e ,y o preço). Exemplo 1 Numa pesquisa de mercado, o número x de camisas deman- dadas por mês, numa determinada confecção, relaciona-se com o preço unitário ,y de acordo com a função 0,01 110y x= − + . Funda- mentado nessas informações, esboce o gráfico dessa função. Solução: A função 0,01 110y x= − + é uma função do 1º grau. Seu grá- fico é uma reta e, para determiná-la, precisamos de dois pontos. Escolhendo dois valores de quantidade demandada, digamos, 1.000 x = e 10.000x = , calculamos os correspondentes preços, de acordo com a tabela a seguir e, logo após, desenhamos o grá- fico: 0,01 110y x= − + x (quant.) y (preço) 1.000 100 10.000 10 Figura 37 Gráfico da função demanda. © Matemática158 Exemplo 2 Dizemos que, para quantidades que não excedam sua capa- cidade de produção, o dono da confecção de camisas do exemplo anterior tenha estipulado que a relação entre a quantidade x de camisas, as quais ele oferecerá a cada possível preço ,y seja dada pela função 0,01 10y x= − . Com base nessas informações, esboce o gráfico dessa função. Solução: A função 0,01 10y x= − também é do 1º grau. Seu gráfico é uma reta e para desenhá-la, precisamos de dois pontos. Escolhen- do dois valores de quantidade ofertada, digamos, 2.000 x = e 10.000,x = calculamos os correspondentes preços, obtendo a tabela e o gráfico a seguir: 1001,0 −= xy x (quant.) y (preço) 2.000 10 10.000 90 Figura 38 Gráfico da função oferta. Exemplo 3 Obtenha o ponto de equilíbrio para as funções de demanda e oferta referentes aos exemplos citados anteriormente. Solução gráfica: Desenhando os dois gráficos anteriores, num mesmo siste- ma de coordenadas, podemos, pela leitura deles, obter a quanti- 159 Claretiano - Centro Universitário © U3 - Funções dade de equilíbrio igual a 6.000 camisas e o preço de equilíbrio igual a R$ 50,00 por unidade. Figura 39 Gráfico da função oferta x função demanda. Solução analítica: Resolvendo o sistema linear no qual cada uma das equações é a expressão que define a oferta e a demanda, temos: 0,01 110 0,01 10 y x y x = − + = − Como você pôde perceber, obtemos o mesmo resultado an- terior: 6.000 x = camisas; $ 50,00 y R= por unidade. Exemplo 4 Uma empresa estima que a função demanda de mercado, para um de seus produtos, é dada por 0,02 80,y x= − + em que x é a quantidade demandada e y é o preço. Com base nessas afirmações, responda: © Matemática160 a) Qual é o nível de preço para uma quantidade demanda- da de 1.500 unidades? b) Qual a expectativa da demanda se o preço for fixado em R$ 30,00? Solução: a) Basta substituir a quantidade demandada 1.500 x = na equação e obter: 0,02 1.500 80 50y x= − + = Assim, para uma demanda de 1.500 unidades, o preço é R$ 50,00. b) Substituindo na equação o preço y por R$ 30,00, cal- culamos a expectativa de deman- da: 30 0,02 80x= − ⋅ + ⇒ 0,02 80 30x⋅ = − ⇒ 0,02 50x⋅ = ⇒ 50 2500 0,02 x = = Exemplo 5 Na mesma empresa do exercício anterior e para o mesmo pro- duto, estimou-se que a função oferta seja dada por 0,01 20,y x= + em que x é a quantidade demandada e y é o preço. a) A partir de que preço haverá oferta? b) Qual o preço para uma oferta de 1.500 unidades? c) Qual a expectativa da oferta se o preço for fixado em R$ 50,00 ? Solução: Sabemos que, nas funções oferta e demanda, a quanti- dade ofertada deve ser positiva e que o preço também deve ser um valor positivo. 161 Claretiano - Centro Universitário © U3 - Funções Assim, impondo 0 x > na equação 0,01 20= ⋅ +y x , aexpressão 0,01 20x⋅ + fica maior do que 20 20,y⇒ > ou seja, haverá oferta para o preço a partir de R$ 50,00. Substituindo na equação 1.500x = , calculamos o valor de ,y obtendo: 0,01 1500 20y = × + ⇒ 15 20 35.y = + = Dessa forma, para oferta de 1.500 unidades, o preço é R$ 35,00. Basta substituir na equação o valor de 50y = e calcular o valor de :x 50 0,01 20x= ⋅ + ⇒ 50 20 0,01 x− = ⋅ ⇒ 0,01 30x⋅ = 30 3000 0,01 x⇒ = = . Função custo, função receita e função lucro Vamos examinar, agora, os seguintes problemas: custo asso- ciado à produção de uma utilidade qualquer, receita gerada pela comercialização dessa utilidade e o lucro resultante da produção e comercialização do produto. Sendo x a quantidade produzida dessa utilidade, podem ser definidos: • O custo ( )C de produção, que, em geral, é dividido em duas parcelas: uma representa os custos que não depen- dem da quantidade produzida, tais como aluguel, seguros etc., sendo essa parcela chamada de custo fixo ( );fC a outra parcela depende da produção x, como, por exemplo, matéria-prima, transporte, armazenamento etc., sendo chamada de custo variável ( ).vC Assim, ( ) ( ) .f vC x C C x= + • A receita ( )R , que é o produto da quantidade x vendida pelo preço de venda, muitas vezes considerando o preço de venda constante e igual a p, ( ) . .R x p x= © Matemática162 • O lucro ( )L , que é definido como a diferença entre a re- ceita e o custo. Assim, se cada uma dessas quantidades anteriores for rela- cionada com a quantidade x (produzida/vendida), obteremos a se- guinte equação: ( ) ( ) ( )– .L x R x C x= Em muitas situações, as funções, mencionadas anteriormen- te, são do 1º grau, o que fica evidenciado, por exemplo, quando consideramos que o custo variável é obtido pelo produto de uma constante K (custo unitário médio de produção) pela quantidade produzida: ( ) .vC x K x= ⋅ As figuras a seguir mostram situações em que as funções custo e receita são do 1º grau: Figura 40 Gráfico da função custo e função receita. Se colocarmos os gráficos da função custo e da função recei- ta num mesmo sistema de coordenadas cartesianas, os gráficos interceptam-se num ponto N, chamado ponto de nivelamento. Para sua melhor compreensão, veja a ilustração na figura a seguir: 163 Claretiano - Centro Universitário © U3 - Funções Figura 41 Gráfico da função custo x função receita – ponto de nivelamento. O ponto de nivelamento 0 0( , )N x y= é um ponto em que a receita e o custo são iguais e, consequentemente, o lucro é zero. Se 0 ,x x> a receita será maior do que o custo, e, portanto, o lucro é positivo, sendo chamado somente de lucro. Se 0 ,x x< a receita será menor do que o custo e, portanto, o lucro é negativo; nesse caso, chamado de prejuízo. Em determinadas situações, pode-se considerar o preço de venda variável, oscilando de acordo com a função de demanda. Exemplo: Numa empresa, estima-se que, para a produção e comercia- lização de x unidades de determinada utilidade, a função demanda e a função custo de produção sejam dadas, respectivamente, por: • Demanda: 20 2p x= − , em que p é o preço (em R$) asso- ciado à quantidade demandada x. • Custo: ( ) 5 ,C x x= + em que o valor “5” é o custo fixo (em © Matemática164 R$), e o custo unitário de produção é igual a R$ 1,00. Nessas condições, a função receita resultará em uma função do 2º grau: ( )R x p x= ⋅ ⇒ ( ) ( )20 2R x x x= − ⋅ ⇒ ( ) 220 2R x x x= − Portanto, a função lucro, nesse caso, será também uma fun- ção do 2º grau: ( ) ( ) ( )L x R x C x= − ⇔ ( ) ( ) ( ) 220 2 5L x x x x= − − + ⇔ ( ) 220 2 5L x x x x= − − − ou ( ) 22 19 5L x x x= − + − Depreciação Depreciação é outro exemplo de aplicação das funções do 1º grau na economia, sendo relacionado com a descrição do fenôme- no da perda do valor de um equipamento, em razão do desgaste e de outros fatores decorrentes do uso. É comum admitir que a curva que descreve esse fenômeno ao longo do tempo seja uma reta; nesse caso, chamamos isso de depreciação linear. Por exemplo, suponhamos que o valor de uma máquina hoje seja R$ 5.000,00 e estima-se que daqui a cinco anos seu valor (depreciado) seja R$ 1.000,00. Admitindo-se um processo de depreciação linear, essa situação pode ser descrita graficamente pela figura a seguir: 165 Claretiano - Centro Universitário © U3 - Funções Figura 42 Gráfico da função depreciação. 11. QUESTÕES AUTOAVALIATIVAS Confira, a seguir, as questões propostas para verificar o seu desempenho no estudo desta unidade: 1) Expresse por meio de uma fórmula matemática a função ,f cujo domínio e o contradomínio sejam o conjunto dos números reais, sabendo que, para cada número real x , se associa o seu triplo somado a 5. 2) Uma empresa presta serviços de manutenção elétrica e cobra uma taxa fixa de visita de R$ 25,00 acrescida de R$ 18,50 por hora de mão de obra. Determine uma expressão matemática que abranja a lei para essa função. 3) A Organização Mundial da Saúde (OMS) recomenda que cada cidade tenha no mínimo 214 m de área verde por habitante. A área verde mínima y de uma cidade é dada em função do número x de habitantes. Escreva a fórmula matemática que expresse a lei dessa função. 4) Um comerciante vende um produto por R$ 1,20 a unidade. O custo total do produto é composto de uma taxa fixa de R$ 15,00 mais o custo de pro- dução de R$ 0,15 por unidade. Pede-se: a) Qual o número de unidades que o comerciante deve vender para não ter lucro nem prejuízo? b) Se vender 150 unidades desse produto, o comerciante terá lucro ou pre- juízo? 5) Na tabela a seguir, observa-se que o preço p de um produto varia de acordo com a quantidade q (consumida/produzida). © Matemática166 Quantidade (q) 3 7 11 14 Preço (p) 24 16 8 2 a) Determine a expressão que relaciona preço e quantidade. b) Determine o preço para uma quantidade de 9. 6) Uma empresa produz um único produto com um custo fixo de R$ 600,00 e com um custo variável médio de R$ 10,00 por unidade. O produto é vendido a R$ 25,00 por unidade. a) Expresse o custo total ( ) CT em função da quantidade ( )q produzida. b) Expresse a receita ( )R em função da quantidade ( )q vendida. c) Expresse o lucro ( )L em função da quantidade ( )q vendida. d) Qual a quantidade ( )q de equilíbrio? e) Qual o ponto de equilíbrio? f) Para quais valores de quantidade a empresa terá lucro? Para quais valo- res de quantidade a empresa terá prejuízo? Gabarito Confira, a seguir, as respostas corretas para as questões au- toavaliativas propostas: 1) 3 5x + 2) ( ) 18,50 25f h h= + 3) 14y x= 4) a) 14,28 b) lucro 5) a) 2 30p q= − + b) 12p = 6) a) 600 10CT q= + b) 25R q= 167 Claretiano - Centro Universitário © U3 - Funções c) 15 600L q= − d) 40 e) (40, 1000) f) Produção menor do que 40 unidades causará prejuizo. Para produção igual a 40 unidades, não haverá lucro, nem prejuízo; já a produção maior do que 40 unidades dará lucro. 12. CONSIDERAÇÕES Estudamos, nesta unidade, importantes conceitos e aplica- ções do custo associado à produção, da receita gerada pela co- mercialização de um produto, do lucro resultante da produção e comercialização dos produtos por meio do estudo de funções e de seus gráficos. Na Unidade 4, estudaremos alguns conceitos de taxas de variação, limites, derivada de uma função e algumas apli- cações. 13. E-REFERÊNCIAS INSTITUTO DE MATEMÁTICA, ESTATÍSTICA E COMPUTAÇÃO CIENTÍFICA. Proporções inversas. Disponível em: <http://www.ime.unicamp.br/~mfirer/inversas/proporcoes_ inversas.html>.Acesso em: 17 maio 2011a. ______. Proporções diretas. Disponível em: <http://www.ime.unicamp.br/~mfirer/ diretas/proporcoes_diretas.html>. Acesso em: 17 maio 2011b. 14. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS DANTE, Luiz Roberto. Matemática: contexto & aplicações. 2. ed. São Paulo: Ática, 2000. GIOVANNI, J. R. Matemática 2º grau: conjuntos, funções, trigonometria. São Paulo: FTD, 1994. IMENES, M. C. Proporções. 3. ed. São Paulo: Atual, 1992. MORETTIN, P. A.; et al. Cálculo: funções de uma e várias variáveis. São Paulo: Saraiva, 2003. TINOCO, L. A. A. (Coord.). Construindo o conceito de função. 4. ed. Rio de Janeiro: Instituto de Matemática, 2002. SILVA, S. M. et al. Matemática para os cursos de economia, administração e ciências contábeis. São Paulo: Atlas, 1999. Claretiano - REDE DE EDUCAÇÃO
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