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Funções do 1º Grau 1 CENTRO UNIVERSITÁRIO IESB Centro Universitário Instituto de Educação Superior de Brasília Coordenação de Engenharia / Ciência da Computação Pré-Cálculo – Funções do 1º Grau Definição: Uma aplicação f de ℝ em ℝ recebe o nome de função constante quando a cada elemento x ∈ ℝ associa sempre o mesmo elemento c ∈ ℝ. Isto é: f: ℝ→ ℝ x → c O gráfico da função constante é uma reta y paralela ao eixo dos x passando pelo ponto �0, � . c A imagem é o conjunto Im f = { c } x OBS: Uma função constante é uma função de grau 0. Definição: Uma aplicação f de ℝ em ℝ recebe o nome de função identidade quando a cada elemento x ∈ ℝ associa o próprio x, isto é: f: ℝ→ ℝ x → x O gráfico da função constante é uma reta y que contém as bissetrizes do 1º e 3º quadrantes. A imagem é o conjunto Im f = ℝ x Definição: Uma aplicação f de ℝ em ℝ recebe o nome de função linear quando a cada elemento x ∈ ℝ associa o elemento ax ∈ ℝ onde a ≠ 0 é um número real dado, isto é: f: ℝ→ ℝ x → ax, a ≠ 0 O gráfico da função linear é uma reta y que passa pela origem. A imagem é o conjunto Im f = ℝ x Funções do 1º Grau 2 OBS: Se a = 0, teremos a função constante y=0. Exemplo 1: Esboçar o gráfico de y = 2x. Considerando que dois pontos distintos determinam uma reta e no caso da função linear um dos pontos é a origem, basta atribuir a x um valor não nulo e calcular o correspondente y = 2x. x y=2x 1 2 2 1 Exemplo 2: Esboçar o gráfico da função y = -2x. Considerando que dois pontos distintos determinam uma reta e no caso da função linear um dos pontos é a origem, basta atribuir a x um valor não nulo e calcular o correspondente y = -2x. x y = -2x 1 -2 1 -2 Exercício 1: Esboçar, num mesmo sistema cartesiano, os gráficos das funções de ℝ em ℝ: a) y = 2 b) y = √2 c) y = -3 d) y = 0 Exercício 2: Esboçar, num mesmo sistema cartesiano, os gráficos das funções de ℝ em ℝ: a) y = x b) y = 3x c) y = 2x d) y = � � Exercício 3: Esboçar, num mesmo sistema cartesiano, os gráficos das funções de ℝ em ℝ: a) y = -x b) y = -3x c) y = -2x d) y = - � � Funções do 1º Grau 3 Definição: Uma aplicação de ℝ em ℝ recebe o nome de função afim quando a cada x ∈ ℝ estiver associado o elemento (ax + b) ∈ ℝ com a ≠ 0, isto é: f: ℝ→ ℝ x → ax + b, a ≠ 0 OBS: Se b = 0 a função afim y = ax + b se transforma na função linear y = ax; podemos dizer que a função linear é uma particular função afim. OBS: O gráfico cartesiano da função f(x) = ax + b (a ≠ 0) é uma reta. y = ax + b coeficiente linear coeficiente angular ou declive ou inclinação da reta OBS: A forma geral da função afim é ��� = ��� − � + �. Translação no eixo y Translação no eixo x Constante multiplicativa Uma reta fica unicamente determinada por dois de seus pontos P1 (x1, y1) e P2 (x2, y2) 1º Caso: x1 = x2 y Reta vertical Equação da reta: x = x1 x1=x2 x Funções do 1º Grau 4 2º Caso: y1 = y2 y Reta horizontal y1=y2 Equação da reta: y = y1 x 3º Caso: x1 ≠ x2 e y1 ≠ y2 y y P B y2 y1 A α C D x1 x2 x x Como m = tg 12 12 xx yy AC BC − − ==α , podemos escrever a equação: )( 11 xxmyy −=− ⇒ Equação da Reta OBS: - a = 0 ⇒ reta horizontal (equação ⇒ y = n) - a é indeterminado (x1=x2) ⇒ reta vertical (equação ⇒ x = x1 ⇔ função constante) - a > 0 ⇒ a < 0 ⇒ Por semelhança de triângulos, temos: 1 1 12 12 yy xx yy xx DP DA CB CA − − = − − ⇔= − − −=−⇔ 12 12 11 )( xx yy xxyy m Funções do 1º Grau 5 Exemplo 3: Encontrar a equação da reta determinada por: A (2, 1) e B (0, – 3) Devemos primeiro determinar o declive da reta 12 12 xx yy m − − =⇒ = 2 2 4 20 13 = − − = − −− Agora basta escolhermos um dos pontos, por exemplo o ponto A, e substituirmos os valores na equação da reta: 421)2(21)( 11 −=−⇔−=−⇔−=− xyxyxxmyy y = 2x – 3 ⇒ Equação da reta que passa por A e B. Exercício 4: Achar a equação da reta determinada pelos pontos dados. a) (2,1) e (4, 5) b) (5/2, 3/2) e (– 1, 3/2) c) (1/2, –1) e (– 1, 1) d) (– 4, 2) e ( –2, –1) e) (2, 0) e (0, 2) f) (0, 3) e (0, – 4) Exercício 5: Determinar a equação da reta com coeficiente angular m passando pelo ponto dado. Esboce o gráfico da reta. a) (2,1) e m = 0 b) (2, 2) e m = – 1 c) (1/2, –1) e m = 2 d) (– 4, 2) e m = 3 Exercício 6: Encontrar o coeficiente angular e o coeficiente linear da reta dada pelas equações abaixo. Esboce o gráfico da reta. a) x + 5y = 10 b) y = 2 c) 6x – 5y = 25 d) 2x + 4y = 20 Resumo das equações da reta -Equação geral: ⇒ ax + by + c = 0 - Reta paralela à Ox (reta horizontal) ⇒ y = y1 = cte ou by + c = 0 - Reta paralela à Oy (reta vertical) ⇒ x = x1 = cte ou ax + c = 0 - Reta que passa pelo ponto P (x1, y1) Fazendo (x1, y1) = (2, 1) e (x2, y2) = (0, -3) Funções do 1º Grau 6 com declive m ⇒ y – y1 = m (x – x1) - Reta que passa pelos pontos P1 (x1, y1) e P2 (x2, y2) ⇒ y – y1 = − − 12 12 xx yy (x – x1) - Reta com coeficiente linear n e coeficiente angular m ⇒ y = mx + n Exemplo 4: Esboçar o gráfico de y = 2x + 1. Exercício 7: Esboçar os gráficos das funções de ℝ em ℝ: a) y = 2x - 1 b) y = x + 2 c) y = 3x + 2 d) y = ���� � e) y = -3x – 4 f) y = - x + 1 Retas Paralelas Definição: Duas retas são paralelas se, e somente se, têm o mesmo coeficiente angular (m). 1. y = x 2. y = 2x 3. y = 2x + 1 Funções do 1º Grau 7 Exemplo 5: Determinar a para que as retas ax + 5y + 6 = 0 e 4x + (a+1)y – 5 = 0 sejam paralelas. Devemos primeiro determinar os declives de cada uma das retas, isolando o y em cada uma das equações: ax + 5y +6 = 0 ⇔ 5y = – ax – 6 ⇔ y = 5 a− x – 5 6 ∴ m1 = 5 a− 4x + (a+1)y – 5 = 0 ⇔ (a+1)y = –4x + 5 ⇔ y = 1 4 + − a x + 1 5 +a ∴ m2 = 1 4 + − a . Como as retas devem ser paralelas, então por definição, os declives devem ser iguais, ie, m1 = m2. Temos, então 5.4)1( 1 4 5 =+⇔ + − = − aa a a ⇔ a2 + a – 20 = 0 ⇔ a = 4 ou a = – 5 Retas Perpendiculares Definição: Duas retas são perpendiculares se formam um ângulo reto (90º). Seja y A y=m1x 1 x O B y=m2x 2 = – 2(m1)(m2) ⇔ 1 = – (m1)(m2) ⇔ m1 = 2 1 m − a pode assumir dois valorespara que as retas sejam paralelas. A (1, m1) e B (1, m2) As retas são perpendiculares ⇔ ( ) ( ) ( )222 ABOBOA =+ Mas OA = 21 2 1 1 m+ e OB = 22 21 m+ , temos então: (1+(m1) 2 ) + (1+(m2) 2 ) = (m1 – m2) 2 2+(m1) 2 +(m2) 2 =(m1) 2 - 2(m1)(m2)+ (m2) 2 Funções do 1º Grau 8 Teorema: Duas retas não verticais são perpendiculares se e somente se seus coeficientes angulares estão relacionados pela equação 2 1 1 m m − = Exemplo 6: Encontrar a equação da reta t que passa por (-3, 2) e é: 1. paralela à reta r: x + y = 7 2. perpendicular à reta r: x + y = 7 r: y = –x +7 ⇒ mr = –1 1. t // r ⇒ mr = –1 = mt ⇒ y – 2 = –1 (x+3) ⇒ y = –x –3 +2 ⇒ y = –x –1 2. t ⊥ r ⇒ mt = (–1)/(–1) =1 ⇒ y – 2 = 1 (x+3) ⇒ y = x +3 +2 ⇒ y = x + 5 Exercício 8: Encontrar a equação da reta que passa pelo ponto dado e é: 1. paralela à reta dada 2. perpendicular à reta dada a) (2, 1) e 4x – 2y = 3 b) (7/8, 3/4) e 5x + 3y = 0 c) (-6,4) e 3x + 4y = 7 d) (2, 5) e x = 4 e) (-1,0) e y = –3 Pontos de Interseção Definição: Desde que cada ponto de um gráfico é uma solução de equação que determina este gráfico, um ponto de interseção de dois gráficos é um ponto que satisfaz a ambas as equações. OBS: Pontos de Interseção de dois gráficos são encontrados resolvendo as equações, que determinam estes gráficos, simultaneamente. Usando a equação da reta e o ponto (-3,2) Funções do 1º Grau 9 Exemplo 7: Resolver analítica e graficamente o sistema de equações: x - y = -3 2x + 3y = 4 Solução Analítica Existem algumas formas analíticas pelas quais podemos resolver um sistema de equações. Vamos apresentar duas delas. 1ª Forma: Substituição Este processo, consiste em substituir o valor de uma das incógnitas , obtido a partir de uma das equações, na outra. Resolvendo, por exemplo, a primeira equação na incógnita y, temos: x – y = -3 ⇔ y = x + 3 e substituímos y por este valor na segunda equação: 2x + 3(x + 3) = 4 ⇔ 2x + 3x + 9 = 4 ⇔ 5x = -5 ⇔ x = -1 que levamos à primeira equação, encontrando y = -1 + 3 ⇔ y = 2. A solução do sistema é o par ordenado ( -1, 2). 2ª Forma: Adição Este processo baseia-se em duas propriedades: I. “Num sistema de equações, se multiplicarmos todos os coeficientes de uma equação por um número não nulo, o sistema que obtemos é equivalente ao anterior.” II. “Num sistema de equações, se substituirmos uma das equações, pela sua soma com uma outra equação do sistema, o novo sistema é equivalente ao anterior.” O fundamento do processo da adição, consiste no seguinte: aplicando a primeira propriedade, multiplicamos cada equação por números convenientes, de modo que, os coeficientes de determinada incógnita sejam opostos e pela segunda propriedade, substituímos uma das equações pela soma das duas equações. Assim, no sistema x - y = -3 2x + 3y = 4 Multiplicamos a primeira equação por 3 3x - 3y = -9 2x + 3y = 4 Funções do 1º Grau 10 Substituindo a primeira equação pela soma das duas equações, temos: 5x = -5 ⇔ x = - 1 2x + 3y = 4 2x + 3y = 4 Substituindo x = -1 na segunda equação, encontramos 2(-1) + 3y = 4 ⇔ 3y = 4 + 2 ⇔ 3y = 6 ⇔ y = 2 A solução do sistema é o par ordenado ( -1, 2). Solução Gráfica O sistema proposto x - y = -3 é equivalente a y = x + 3 2x + 3y = 4 y = ����� � 1. gráfico de y = x + 3 2. gráfico de y = (-2x + 4)/3 3. A solução do sistema são as coordenadas do ponto de intersecção das retas, portanto ( -1, 2). Funções do 1º Grau 11 Exemplo 8: Resolver o sistema de equações: 1 � − � + 1 � + � = 3 4 1 � − � − 1 � + � = − 1 4 Fazendo a = ! ��" e b = ! ��" temos o sistema a + b = � � a - b = − !� Somando as equações obtemos 2a = � � = ! � ⇔ a = ! � Substituindo o valor de a na primeira equação, obtemos b = � � − ! � = � � ⇔ b = ! � Assim, 1 � − � = 1 4 # 1 � + � = 1 2 e x – y = 4 x + y = 2 Somando as equações, temos 2x = 6 ⇔ x = 3 Substituindo o valor de x na segunda equação, 3 + y = 2 ⇔ y = 2 – 3 ⇔ y = -1 Logo $ = %�3,−1 &. Exercício 9: Resolver analítica e geometricamente os sistemas de equações: a) x + y = 5 b) 3x - 2y = -14 x – y = 1 2x + 3y = 8 c) 2x – 5y = 9 d) 4x + 5y = 2 7x + 4y = 10 6x + 7y = 4 e) x + 2y = 1 f) 2x + 5y = 0 2x + 4y = 3 3x – 2y = 0 Funções do 1º Grau 12 Sinal da Função Afim Considerando que � = − '(, zero da função afim ��� = �� + �, o valor de x para o qual ��� = 0, examinemos, então para que valores ocorre ��� > 0 ou ��� < 0. Devemos considerar dois casos: a. 1º caso: � > 0 _ + x −�� ��� = �� + � > 0 ⇔ � > −�� ��� = �� + � < 0 ⇔ � < −�� b. 2º caso: � < 0 + _ x −�� ��� = �� + � > 0 ⇔ � < −�� ��� = �� + � < 0 ⇔ � > −�� Exemplo 8: Estudar os sinais da função ��� = 3� + 7. ��� = 0 ⇔ 3� + 7 = 0 ⇔ � = −73 � = 3 > 0 ---------- ++++++ −73 Exemplo 9: Determine os valores de x para 4� − 3 < −5. 4� < −5 + 3 ⇔ 4� < −2 � < −24 = − 1 2 $ = -−∞,−12/ Funções do 1º Grau 13 Exercício 10: Resolva as seguintes inequações: a) 2� + 3 < 1 b) −3� + 2 < −1 c) 4 − � > 2 d) �� + 2 ≥ 5 e) 2� − �� ≤ −3 f) −4� − 8 ≤ 4 Exemplo 10: Resolva 3� − 2 < −� + 1 ≤ 2� + 4. A Temos que resolver duas inequações: 3� − 2 < −� + 1 ≤ 2� + 4 B A. – � + 1 ≤ 2� + 4 ⇔ −3� ≤ 3 ⇔ � ≥ −1 B. 3� − 2 < −� + 1 ⇔ 4� < 3 ⇔ � < �� O conjunto solução da dupla desigualdade é $ = $4 ∩ $6 Logo, $4 -1 $6 �� $4 ∩ $6 $4 ∩ $6 = 7−1, ��8 -1 � � Exemplo 11: Resolva a inequação �� + 2 �3� − 2 > 0. Fazemos inicialmente o estudo dos sinais das funções ��� = �� + 2 e 9�� = �3� − 2 . -2 2 3: ��� - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + + 9�� - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + ��� . 9�� + + + + + + + + + - - - - - - - - - - + + + + + + + + $ = �−∞,−2 ∪ -23 ,∞/ Funções do 1º Grau 14 Dentre as inequações produto, são importantes as inequações: <��� => > 0, <��� => < 0, <��� => ≥ 0 e <��� => ≤ 0, onde ? ∈ ℕ∗. Para resolvermos estas inequações, vamos lembrar duas propriedades das potências de base real e expoente inteiro: 1º) “Toda potência de base real e expoente ímpar conserva o sinal da base” 2º) “Toda potência de base real e expoente par é um número real não negativo” Exemplo 12: Resolva a inequação �3� + 2 � > 0. �3� + 2 = 0 ⇔ 3� = −2 ⟺ � = −23 � = −23 �3� + 2 - - - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + �3� + 2 � - - - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + $ = -−23 ,∞/ Exemplo 13: Resolva a inequação �4� − 12 C > 0. �4� − 12 = 0 ⇔ 4� = 12 ⟺ � = 3 � = 3 �4� − 12 - - - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + �4� − 12 C + + + + + + + + + + + + + ++ + + + + + + + + + $ = �−∞, 3 ∪ �3,∞ Exemplo 14: Resolva a inequação �2 − � � < 0. �2 − � = 0 ⇔ � = 2 Observe que o número 3 está fora da solução pois quando x = 3 o termo (4x – 12) = 0 Funções do 1º Grau 15 � = 2 �2 − � + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - - �2 − � � + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + $ = ∅ Exemplo 15: Resolva a inequação �8 − 2� � ≤ 0. �8 − 2� = 0 ⇔ 2� = 8 ⇔ � = 4 � = 4 �8 − 2� + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - - �8 − 2� � + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + $ = %4& Exercício 11: Resolva as seguintes inequações: a) �3� + 3 �5� − 3 > 0 b) �5� + 2 �2 − � �4� + 3 < 0 c) �5 − 2� �−3� + 6 ≤ 0 d) �3 − 6� �� − 1 �2� + 10 ≥ 0 e) �� − 3 � > 0 f) �4 − 5� C ≥ 0 g) �2� − 7 F ≤ 0 h) �2� − 9 F < 0 i) �4� − 8 � < 0 j) �5� + 15 H ≥ 0 Exercício 12: Resolva as seguintes inequações: a) �5� − 10 ��3� + 4 � ≥ 0 b) �3 − � ��3� + 3 ��� + 4 C < 0 c) ���� ��� > 0 d) ���� !�� ≤ 2 e) �C��� I �J��! K ≥ 0 f) ��! !�� < 3 g) � �L ≥ 0 h) ���J ���� ≥ 0 i) ���� ���� ���� I < 0 j) ! ��� > � ��� k) ��J ���F ≤ ��� ���M Observe que não existe nenhum número que elevado ao quadrado tenha como resultado um número negativo Observe que não existe nenhum número que elevado à quarta potência tenha como resultado um número negativo. Somente o x = 4 torna a inequação verdadeira. Funções do 1º Grau 16 Respostas Exercício 1: a) vermelho b) rosa c) verde d) azul Exercício 2: a) vermelho b) rosa c) verde d) azul Exercício 3: a) vermelho b) rosa c) verde d) azul Funções do 1º Grau 17 Exercício 4: a) 32 −= xy b) 2 3 =y c) 3 1 3 4 −−= xy d) 4 2 3 −−= xy e) 2+−= xy f) 0=x Exercício 5: a) 1=y b) 4+−= xy c) 22 −= xy d) 143 += xy Exercício 6: a) 2; 5 1 =−= nm b) 2;0 == nm c) 5; 5 6 −== nm d) 5; 2 1 =−= nm Exercício 7: a) b) c) d) e) f) Funções do 1º Grau 18 Exercício 8: a) paralela: 32 −= xy perpendicular: 2 2 1 +−= xy b) paralela: 24 53 3 5 +−= xy perpendicular: 40 9 5 3 += xy c) paralela: 2 1 4 3 −−= xy perpendicular: 12 3 4 += xy d) paralela: 2=x perpendicular: e) paralela: 0=y perpendicular: 1−=x Exercício 9: a) Solução = %�3, 2 & b) S = %�−2, 4 & c) S = %�2, −1 & d) S = %�3, −2 & 5=y Funções do 1º Grau 19 e) Retas paralelas: m = - ½ S = ∅ f) S = %�0, 0 & Exercício 10: a) $ = �−∞,−1 b) $ = �1, ∞ c) $ = �−∞, 2 d) $ = <9,∞ e) $ = N−∞, !�F O f) $ = <−3,∞ Exercício 11: a) $ = �−∞,−1 ∪ N�J , ∞8 b) $ = N− � � , − � J8 ∪ �2,∞ c) $ = 7�J , 2O d) $ = =−∞,−5= ∪ 7 ! � , 1O e) $ = �−∞, 3 ∪ �3,∞ f) $ = ℝ g) $ = PH�Q h) $ = ∅ i) $ = �−∞, 2 j) $ = <−3,∞< Exercício 12: a) $ = 7− �� , ∞7 b) $ = �−∞,−4 ∪ �−4,−1 ∪ �3,∞ c) $ = �−∞,−2 ∪ �2,∞ d) $ = O−∞,− �JO ∪ �1,∞ e) $ = N−∞,− !J8 ∪ O− ! J , 2O f) $ = �−∞,−2 ∪ �−1,∞ g) $ = ℝ∗ h) $ = O−∞, J�O ∪ �2,∞ i) $ = �−∞,−2 ∪ �3,4 j) $ = �−∞,−3 ∪ �4,11 k) $ = �−∞,−3 ∪ 7− !MC , −27
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