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Disciplina: Bases matemáticas aplicadas à saúde Aula 8: Funções logarítmicas em diferentes bases Apresentação Nesta aula, você estudará logaritmos e funções logarítmicas. Também verá como o logaritmo se transformou em um instrumento de cálculo e transformou as multiplicações e divisões nas operações mais simples de soma e subtração. Além disso, será destacada a importância da leitura grá�ca dos logaritmos, com a demonstração de exemplos para a aplicação dos logaritmos. Objetivos Reconhecer a função logarítmica. Determinar grá�cos de funções logarítmicas. Resolver problemas com o conceito de função logarítmica. De�nição de logaritmo De�nimos o logaritmo como o inverso da equação exponencial, no seguinte sentido. Condição de existência de loga (b) Como na exponencial , a base corresponde a , temos que para todos os x pertencentes aos números reais. Assim, para log (b), também devemos ter: = bax a > 0 e a ≠ 1 b > 0 a a > 0 e a ≠ 1 b > 0 Só existe logaritmo de números positivos. Consequências da de�nição Como consequência da de�nição (1), de acordo com os conceitos da aula passada, temos os seguintes resultados: , pois (i) (1) = 0loga = 1a 0 , pois (ii) (a) = 1loga = aa 1 , pois (iii) ( ) = nloga a n =an an (iv) (b) = (c) → b = cloga loga (v) se a > 1, (b) > (c) → b > cloga loga (vi) se 0 < a < 1, (b) > (c) → b < cloga loga , quando não está escrita a base, assumir base 10(vii) (a) = log (a)log10 Propriedades dos logaritmos Também como consequência da de�nição (1), temos as seguintes propriedades para os logaritmos. Logaritmo do produto (soma dos logaritmos) (b * c) = (b) + (c)loga loga loga Logaritmo do quociente (diferença dos logaritmos) ( ) = (b) − (c)loga b c loga loga Logaritmo da potência (potência multiplicado pelo logaritmo) ( ) = n (b)loga b n loga Exponencial do logaritmo de mesma base = ba (b)loga Mudança de base (b) =loga (b)logc (a)logc Atividade 1. Calcule os logaritmos: a) b) c) d) e) f) g) h) (32)log2 (625)log5 (0,0016)log5 (81)log 1 3/ (0,00001)log10 (256)log2 2√ (0, 125)log 8√ ( )log2 3√ 9 16 2. Sabendo-se que log(a) = 2 , log(b) = 3 e log(c) = -6 , calcule: a) log(ab) b) c) log(abc) d) log ( )a c log ( )ab c 3. Sabendo que log 3 = a e log 5 = b, calcule os logaritmos abaixo, em função de a e b. a) log 15 b) log 675 c) log 2 Aplicações de logaritmos em problemas teóricos Agora, veremos um exemplo prático que nos ajudará na compreensão desse conceito. A intensidade M de um terremoto medido na escala Richter varia de M = 0 (nenhum tremor) até M = 8,9 (maior terremoto conhecido). O valor de M é dado pela fórmula empírica: Qual é a energia liberada em um terremoto de grandeza M = 6 ? M = 6 Assim, pela regra do logaritmo do quociente, temos: log (7.10 ) = -2,15 9 = log E - (-2,15) 9 = log E + 2,15 Log E = 6,85 E = 10 E = 7079,4 kWh = 7 ⋅ kWhE0 10−8 M = l og ( )2 3 E E0 3 = l og E − log M 2 E0 3 = l og E − log (7 ⋅ )6 2 10−3 -3 6,85 Uma cidade de cerca de 300.000 habitantes consome cerca de 3,5x106 KWh de energia elétrica por dia. Se a energia de um terremoto pudesse ser convertida em energia elétrica, quantos dias de fornecimento de energia para esta cidade seriam produzidos por um terremoto de grandeza M = 8? M = 8 3 = l og E − log M 2 E0 3 = l og E − log 8 2 E0 12 = log E + 2,15 E = 10 E = 7,079.10 kWh Se 3,5.10 kWh --------------> 1 dia 7,079.10 kWh ----------> x x = (7,079.10 kWh)/(3,5.10 kWh) x = 2023 dias 12 = log E − log (7 ⋅ )10−3 9,85 9 6 9 9 6 Atividade 4. O pH de uma solução salina é de�nido pela fórmula: pH = -log[H+] onde [H+] é a concentração do íon hidrogênio em moles por litro. Qual o pH da água pura, sabendo-se que sua concentração de [H+] vale 1,00x10 ?-7 5. Suponha que o preço de um carro sofra uma desvalorização de 20% ao ano. Depois de quanto tempo, aproximadamente, seu preço cairá para cerca da metade do preço de um carro novo? (Use log 2 = 0,3)10 6. Uma pessoa necessita saber o valor do logaritmo decimal de 450, mas não tinha calculadora. Em uma busca na internet, encontrou a tabela ao lado e, através dela, pôde calcular corretamente o que precisava. Determine o valor encontrado. x logx 2 0,30 3 0,48 7 0,85 11 1,04 Logaritmo natural ou logaritmo neperiano ln(x) No estudo de problemas envolvendo funções logarítmicas, a base mais utilizada para logaritmos é o número e. Neste caso, o logaritmo log x = ln x é denominado "logaritmo natural de x" e de�nido como: ln x = log x = b somente se e = x e e b Veja, a seguir, problemas com a utilização de ln(x). Clique nos botões para ver as informações. Encontre o valor de x sabendo que ln x = 7. Utilize as leis do logaritmo se necessário. Solução ln7 = x log = 7 ou seja e = x. Você pode calcular esse número na sua calculadora cientí�ca e ≅ 1.096,63. Caso você calcule ln(1.096,63), ou seja o ln(e ), você encontrará 7. Ou seja: lne = x. Exemplo 1 e 7 7 7 x Resolva a equação e = 10. Utilize as leis do logaritmo se necessário. Solução Aplicando ln dos dois lados: ln(e ) = ln(10) 5 – 3x = ln10 -3x = ln10 - 5 Ou 3x = 5 – ln10 ln10 é um número e vale: ln10 ≅ 2,30 Exemplo 2 5-3x 5-3x x = 5−In10 3 Expresse como um único logaritmo. Utilize as leis do logaritmo se necessário. Solução Exemplo 3 Ina + Inb1 2 Ina + Inb = Ina + In = Ina + In = In(a ⋅ )12 b 1 2 b√ b√ Atividade 7. A população de bactérias no instante t (em horas) é dada por P(t) = 1.000e0,35t bactérias. Depois de quantas horas haverá 5.000 bactérias? Grá�co da função logarítmica Os grá�cos das funções logarítmicas sempre cortam o eixo X no ponto (1, 0). Quando a base é maior que 1, os números maiores que 1 possuem logaritmos positivos e os números entre 0 e 1 apresentam logaritmos negativos. Quando a base é menor que 1, os números maiores que 1 têm logaritmos negativos e os números entre 0 e 1 correspondem a logaritmos positivos. Gráfico das funções logarítmica. | Fonte: CANDAL, 2015. Veja, como exemplo, o grá�co da função logarítmica .Vamos montar os pares ordenados para representar o grá�co e assim por diante. Temos 0 < 1 (a=1/2), que é uma função decrescente. O grá�co desta função toca o eixo x em (1,0). f(x) = xlog 1 2 f ( ) = ( ) = 31 8 log 1 2 1 8 X Y 1/8 3 1/4 2 1/2 1 1 0 2 -1 4 -2 8 -3 Função Logarítmica a < 1 decrescente. | Fonte: CANDAL, 2015. Agora, para o segundo exemplo usaremos o grá�co da função logarítmica . Vamos montar os pares ordenados para representar o grá�co e assim por diante. Temos a = 2 > 1, que é uma função crescente. O grá�co desta função toca o eixo x em (1,0). f (x) = xlog2 f ( ) = ( ) = −31 8 log2 1 8 X Y 1/8 -3 1/4 -2 1/2 -1 1 0 2 1 4 2 8 3 Função Logarítmica a > 1 crescente. | Fonte: CANDAL, 2015. Aplicação: Atividade de uma amostra radioativa, A A taxa de mudanças dos átomos instáveis em um determinado instante é denominada de Atividade. A atividade de uma amostra depende do valor inicial da atividade no instante zero e é uma função exponencial decrescente do tempo. Assim, a atividade A(t) será expressa por: Para calcular o tempo de meia vida física de uma amostra radioativa, ou seja, o tempo para que metade dos núcleos radioativos decaia pela metade, utilize a seguinte fórmula: A(t) = A /20 Substituindo em: A (t) = A0e λt =A0 2 A0e −λt Cortando A dos dois lados:0 =1 2 e−λt Aplicando ln dos dois lados, teremos que: In ( ) = In ( )1 2 e−λt In (1/2) = −0, 693 e In ( ) = −λte−λt Logo: −0, 693 = −λt t = 0,693 λ Se você analisar esse valor de t, observe que é um número 0,693 dividido por uma constante física. Ou seja, esse tempo, denominado como tempo de meia vida (T ), é uma constante física também.1/2 =T 1 2/ 0,693 λ A atividade de uma amostra, que depende do valor inicial da atividade no instante zero, é uma função exponencial decrescente do tempo. O grá�co a seguir mostra a função de decaimento e os parâmetrosprincipais envolvidos no processo. n = número de átomos radioativos no instante (t) n = número de átomos radioativos no instante (t=0) 𝜆 = constante de decaimento T ½ = meia-vida 𝜏 = vida-média 0 Curva representativa do decaimento de um radioisótopo em função do tempo e seus principais parâmetros . | Fonte: Tauhata, L., et al. 2013 Atividade 8. A população de bactérias no instante t (em horas) é dada por P(t) = 1.000e0,35t bactérias. Depois de quantas horas haverá 5.000 bactérias? Uma amostra típica de tecnécio-99 usada em exames apresenta uma atividade radioativa inicial de 2.107 desintegrações por segundo. Usando as informações do grá�co, pode-se prever que essa amostra apresentará uma atividade de 2,5.106 desintegrações por segundo após, aproximadamente: a) 3,5 horas. b) 7 horas. c) 10 horas. d) 18 horas. e) 24 horas. 9. O Tl é um isótopo radioativo usado na forma de TlCl (cloreto de tálio), para diagnóstico do funcionamento do coração. Sua meia-vida é de 73h (≅3 dias). Certo hospital possui 20g deste isótopo. Sua massa, em gramas, após 9 dias, será igual a: 201 3 a) 1,25 b) 2,5 c) 3,3 d) 5,0 e) 7,5 Notas Referências MARQUES, G. Funções exponenciais e logarítmicas. Disponível em: https://midia.atp.usp.br/impressos/lic/modulo01/fund_matematica_PLC0001/FundMat_I_top06.pdf <https://midia.atp.usp.br/impressos/lic/modulo01/fund_matematica_PLC0001/FundMat_I_top06.pdf> . Acesso em 15 nov. 2018. LIMA, Elon Lages. Fundamentos da Matemática Elementar: Logaritmos. Rio de Janeiro: SBM, 1973. Tauhata, L., Salati, I. P. A., Di Prinzio, R., Di Prinzio. Radioproteção e Dosimetria: Fundamentos. Disponível em: https://inis.iaea.org/collection/NCLCollectionStore/_Public/45/073/45073465.pdf <https://inis.iaea.org/collection/NCLCollectionStore/_Public/45/073/45073465.pdf> . Acesso em: 18 fev. 2019. CANDAL, Denise. Fundamentos de Matemática. Rio de Janeiro: SESES, 2015. Próxima aula Estudo de limites; Estudo das derivadas de funções. Explore mais Pesquise na internet sites, vídeos e artigos relacionados ao conteúdo visto. Em caso de dúvidas, converse com seu professor online por meio dos recursos disponíveis no ambiente de aprendizagem. https://midia.atp.usp.br/impressos/lic/modulo01/fund_matematica_PLC0001/FundMat_I_top06.pdf https://inis.iaea.org/collection/NCLCollectionStore/_Public/45/073/45073465.pdf
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