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01 prova discursiva métodos quantitativos R = 41.950,00 / 39.980,00 = 1.04927 * 100 = 104,93% R = 656,00 / 789,00 = 0,8314 * 100 = 83,14% 02 prova discursiva métodos quantitativos letra B y = 54*7 + 728 = 1.106,00 D y = 13 * 6 + 131 = 209 letra C ok D OK C OK letra C ok braily A ok letra C x= -130/2*(-4) = 16,25 letra D ok Letra C ok letra C OK letra A ok letra A ok Letra A ok 750/980= 0,7653 * 100 = 76,53% letra A ok letra C ok x = - 14.200/(2*(-32))= 221,875 letra D ok = 146,50/133 = 1,1015 * 100 = 110,15% Questão 1/5 - Métodos Quantitativos Considere a função y=3x+10. Calcule “y” quando “x” for igual a: I) x=2, II) x=10, III) x=0, IV) x=-3. E a seguir assinale a alternativa com as resposta corretas: Nota: 20.0 A y=16, y=40, y=13, y=10 B y=15, y=22, y=13, y=10 C y=16, y=40, y=10, y=1 D y=15, y=22, y=10, y=1 Você acertou! Resolução: 1. a) y=3x+10 y=3(2)+10 y=6+10 y=16 1. b) y=3x+10 y=3(10)+10 y=30+10 y=40 1. c) y=3x+10 y=3(0)+10 y=0+10 y=10 1. d) y=3x+10 y=3(-3)+10 y=-9+10 y=1 Questão 2/5 - Métodos Quantitativos Determine x tal que f(x) =0, para: I) f(x)=11x-99 e II) f(x)=8x+32 Nota: 20.0 A I) = 9, II) = 4 B I) = -9, II) = -4 C I) = 9, II) = -4 D I) = -9, II) = 4 Você acertou! Resolução: a) 11x-99=0 11x=99 x=99/11 x=9 b) 8x+32=0 8x=-32 x=-32/8 x=-4 Questão 3/5 - Métodos Quantitativos Calcule o limite: Nota: 20.0 A 0 B 1 C -1 D 3 Você acertou! Questão 4/5 - Métodos Quantitativos Calcule a derivada da função f(x) = 2x - 2x + x - 4 Nota: 20.0 A f'(x) = 6x - 4x + x - 4 B f'(x) = 5x - 4x - 4 C f'(x) = 5x - 4x + 1 D f'(x) = 6x - 4x + 1 3 2 2 2 2 2 Você acertou! Resolução: Usando a tabela de devidas e as regras de derivação, temos que f'(x) = 6x - 4x + 12 Questão 5/5 - Métodos Quantitativos Uma empresa de manutenção de computadores cobra R$ 120,00 para a formatação e a instalação de um sistema operacional em um computador. Sabe-se que, mensalmente, os custos fixos dessa empresa totalizam R$ 6.500,00. Com base nas informações acima, determine a função que relaciona o lucro mensal L com a quantidade x de computadores formatados. Nota: 20.0 A L(x)=120x+6500 B L(x)=120x-6500 C L(x)=6500x+120 D L(x)=6500x-120 Você acertou! Como o lucro unitário corresponde a 120 e os custos mensais fixos representam um valor de 6500, é preciso multiplicar 120 pela quantidade x de computadores formatados e subtrair 6500 referente aos cus Logo, L(x)=120x-6500. Questão 1/5 - Métodos Quantitativos MÉTODOS QUANTITATIVOS Sobre Índice de Laspeyres na média aritmética ponderada dos relativos é correto afirmar que: Nota: 20.0 A a) o fator de ponderação é igual à participação relativa de cada item diante do valor total dos itens adquiridos na data-base; B b) é uma média harmônica ponderada de relativos em que os pesos são determinados com base nos preços e nas quantidades; C c) é uma média ponderada de variáveis e invariáveis que são determinadas por pesos iguais na data base D d)é uma média harmônica não ponderada que depende da variável a qual está ligada a um preço e não a quantidade. Você acertou! Capitulo 02 – Métodos quantitativos Questão 2/5 - Métodos Quantitativos A relação entre o preço de venda e o lucro de um certo produto é dado pela função L(x)=-5x +12000x-15000, determine o preço que maximiza o lucro. Nota: 20.0 A x=900 B x=1000 C x=1100 D x=1200 2 Você acertou! No GeoGebra: L(x)=-5x^2+12000x-15000 Clicar em otimização (extremo): x=1200 Questão 3/5 - Métodos Quantitativos Uma indústria de antenas parabólicas tem o custo mensal de produção C em função da quantidade x de antenas produzidas expresso pela função C(x)=320x+22000. O custo unitário corresponde a U(x)=320+22000/x Qual é o limite do custo unitário quando a produção tende a infinito? Obs.: No GeoGebra, infinito é representado por "inf". Nota: 20.0 A 0 B 100 C 280 D 320 Você acertou! No GeoGebra: U(x)=320+22000/x Limite[U,inf] Questão 4/5 - Métodos Quantitativos Considere a função f(x)=5x +4x -12x+1. Qual é a derivada primeira de f? Nota: 20.0 A f'(x)=5x +4x+1 B f'(x)=15x +8x-12 C f'(x)=15x +8x -12 D f'(x)=15x +8x-12+1 3 2 2 2 Você acertou! f(x)=5x +4x -12x+1 Aplicando a regra da potência, temos: f'(x)=3 . 5x +2 . 4x -12x +0 f'(x)=15x +8x-12 3 2 3-1 2-1 1- 1 2 3 2 2 Questão 5/5 - Métodos Quantitativos O preço de uma bicicleta de competição, em 2013, era de R$ 5.750,00. Em 2016 o preço dessa mesma bicicleta era 6.980,00, qual é o relativo de preço da bicicleta considerando 2013 como a data base? Nota: 20.0 A 1,2139 B 1,3233 C 1,4142 D 1,5055 Você acertou! R=6980/5750 R=1,2139 Questão 1/5 - Métodos Quantitativos De acordo com o livro indicado para leitura (Métodos Quantitativos do autor Nelson Pereira Castanheira) o coeficiente de Pearson é uma medida do grau de relação linear entre duas variáveis quantitativas. Este coeficiente varia entre os valores – 1 e 1. A partir da informação se r > 0 (r = coeficiente de correlação de Pearson), podemos afirmar que: Assinale a alternativa correta: Nota: 20.0 A a) Existe correlação linear perfeita. B b) Existe inexistência de correlação. C c) Existe correlação linear positiva. D d) Existe forte correlação linear negativa. Você acertou! De acordo com a aula 04 do Prof. Marcos Barbosa. Porque o intervalo 0 a 1 indicada a correlação positiva, e sendo R > 0 (R maior do que zero), entende-se que R não atende a. Questão 2/5 - Métodos Quantitativos Sobre correlação e regressão múltipla é correto afirmar que: Nota: 20.0 A a) Há fenômenos que somente são razoavelmente bem explicados por mais de uma variável independente; B b) Há fenômenos que são explicados por apenas uma variável; C c) Há fenômenos em uma regressão linear múltipla que gera mais de um resultado para calculo em situações de pleno risco, divergindo os objetivos de um possível resultado; D d) Há fenômenos em uma correlação e regressão múltipla que é apenas utilizada para calcular uma variável, jamais poderá ser utilizada para mais de uma variável; Você acertou! capitulo 05 – Métodos Quantitativos. Questão 3/5 - Métodos Quantitativos De acordo com o livro Métodos Quantitativos, o autor, cita que “A correlação pode ser classificada de duas formas; variáveis envolvidas e complexidade das funções ajustantes”. De acordo com essas duas variáveis indicadas, marque (V) para verdadeiro e (F) para falso e a seguir assinale a seqüência correta: ( )As variáveis envolvidas podem ser ditas como simples, quando for considerada uma única variável. ( )As variáveis envolvidas poder ser ditas como linear, quando o ajustamento é feito por uma função de primeiro graus. ( )As variáveis envolvidas podem ser ditas como não linear, quando o ajustamento é feito por uma função de grau maior que um. ( )As variáveis envolvidas podem ser ditas como múltipla, quando considerada mais de uma variável independente. Nota: 20.0 A a) V, F, V, F B b) V, V, V, V C c) F, F, V, V D d) F, V, F, V Você acertou! Resposta correta letra B, o autor descreve no 5º capitulo do livro indicado, que em termos de números de variáveis envolvidas a correlação dita é: considerada mais que uma variável independente. Quanto a complexidade das funções ajustantes, a correlação dita é: linear , quando o ajustamento é feito por uma função do primeiro graus. Não linear, quando o ajustamento é feito por uma função de grau maior que um. Questão 4/5 - Métodos Quantitativos O índice de Sauerbeck, é um índice: Nota: 20.0 A a) Relativo; B b) Agregativo ponderado; C c) Agregativo simples; D d) Agregativo composto. Você acertou! O índice de Sauerbeck se classifica como um índice agregativo simples, pois utiliza a média aritmética,harmônica ou geométrica simples. Questão 5/5 - Métodos Quantitativos Na estatística temos a Regressão Linear Simples. Indique abaixo o que significa o termo regressão? Nota: 20.0 A a) é o método de análise da relação existente entre duas variáveis: uma dependente e uma independente; B b) é o método pelo qual se calcula a relação existente entre três variáveis; C c) é o método de verificação de dados entre duas invariáveis e uma variável; D d) é o método de análise dos pesos e medidas entre três variáveis; Você acertou! capitulo 05 – Métodos Quantitativos. Questão 1/5 - Métodos Quantitativos MÉTODOS QUANTITATIVOS Considere a tabela de dados a seguir e utilizando a regressão linear, calcule y(1,7) e y(3,2). Nota: 20.0 A 2,0362 e 3,5188 B 2 e 3,5 C 1,9875 e 3,4832 D 2,0421 e 3,5145 Você acertou! Lista={(1,1.3542),(1.5,1.8425), (2,2.2835),(2.5,2.8832), (3,3.2917),(3.5,3.8234), (4,4.3100)} RegressãoLinear[Lista] f(1.7) f(3.2) Questão 2/5 - Métodos Quantitativos MÉTODOS QUANTITATIVOS Considerando os métodos de interpolação pode-se afirmar: Nota: 20.0 A A interpolação linear é a mais utilizada por ser uma técnica que utiliza todos os pontos da tabela de valores, sendo a maior precisão de resultados. B As regressões ou ajuste de curvas somente podem ser utilizadas para dados sem erros inerentes. C As formas de interpolação de Lagrange e de Newton resultam no mesmo polinômio interpolador que aquela obtida por interpolação polinomial. D Extrapolação somente pode ser usada para dados fora da tabela. Você acertou! Questão 3/5 - Métodos Quantitativos MÉTODOS QUANTITATIVOS Em relação a interpolação é possível afirmar: (I) Todos os tipos de interpolação resultam o mesmo valor. (II) A interpolação polinomial apresenta resultados melhores que a interp olação linear. (III) Os métodos de Lagrange e de Newton resultam no mesmo polinômio que o polinômio pela interpolação polinomial. Nota: 20.0 A I e III B II e III C Somente II D Somente III Você acertou! Questão 4/5 - Métodos Quantitativos MÉTODOS QUANTITATIVOS Usando a Regressão Linear, calcule a velocidade (cm/s) de propagação de uma corda que foi tensionada pela ação de pesos distintos, (conforme a tabela) e avalie para um peso de 6.850 gf. Nota: 20.0 A 1,4389 B 1,4537 C 1,4418 D 1,4650 Você acertou! Lista={(6000,1.375), (6500,1.428),(7000,1.482), (7500,1.534),(8000,1.585)} RegressãoLinear[Lista] f(6850) Questão 5/5 - Métodos Quantitativos MÉTODOS QUANTITATIVOS Dada a tabela abaixo, determine y(0,7) e y(2,3) por regressão linear. Nota: 20.0 A 4,48 e 3,08 B 4,57 e 3,01 C 4,87 e 3,05 D 4,25 e 2,75 Você acertou! Lista={(0,3.8),(1,5.2),(2,3.9), (3,1.1)} RegressãoLinear[Lista] f(0.7) f(2.3) Questão 1/5 - Métodos Quantitativos MÉTODOS QUANTITATIVOS A série temporal é utilizada de forma intensa no nosso dia-a-dia; é utilizada para medir a variação mensal do IPC, a variação diária do IBOVESPA, o PIB dos últimos dez anos e assim por diante. Mediante afirmação acima, marque a alternativa que identifica o que significa série temporal. Nota: 20.0 A a) É um conjunto de valores ordenados em ordem crescente ao peso da qualidade de um produto; B b) É um conjunto seriado que procura ordenar e principalmente organizar fatores e fenômenos sociais; C c) É um conjunto de valores simétricos que está em um determinado período de momentos iguais e de sequencia variável. D d) É um conjunto de valores observados em momentos distintos e sequencialmente ordenados no tempo. É um conjunto cronológico de observações; Você acertou! capitulo 06 – Métodos Quantitativos. Questão 2/5 - Métodos Quantitativos MÉTODOS QUANTITATIVOS Analisando-se os diferentes comportamentos das séries temporais, temos particularidades que os definem, e em todos eles o tempo é o fator fundamental. Relacione a coluna A (séries temporais) com a coluna B (fenômenos envolvidos) e, em seguida, assinale a alternativa que apresenta a sequência correta. COLUNA A COLUNA B A – Tendência secular. ( ) Artigos consumidos no frio. B – Flutuações cíclicas. ( ) Efeitos causados pela seca. C – Variações sazonais. ( ) Associados às estações do ano. D – Variações aleatórias. ( ) Taxa de desemprego. Nota: 20.0 A D – C – B – A B C – D – B – A C D – C – A – B D C – D – A – B Você acertou! capítulo 6, páginas 140 a 142. Questão 3/5 - Métodos Quantitativos MÉTODOS QUANTITATIVOS Séries temporais são distribuições estatísticas onde a variável tida como objeto de estudo está organizada em relação a determinados períodos de tempo. Em relação a séries temporais é possível afirmar que: I. É comum usar séries temporais em problemas reais relacionados ao processamento de sinais. II. A ordem de observação dos dados é importante e a organização é feita na ordem de datas de ocorrência. III. Podemos colocar os dados de uma série temporal em ordem crescente. São corretas as afirmações: Nota: 20.0 A I, apenas B II, apenas C I e II, apenas D I, II e III, apenas Você acertou! As séries temporais são utilizadas em problemas reais e uma das aplicações são em problemas relacionados ao processamento de sinais. Os dados são organizados em função do tempo e não podem ser organizados em ordem crescente. Questão 4/5 - Métodos Quantitativos MÉTODOS QUANTITATIVOS Séries temporais são importantes em diversas situações reais. A tabela a seguir apresenta a produção de fornos elétricos por uma certa indústria nos cinco primeiros meses do ano. Mês Produção Janeiro 2000 Fevereiro 2500 Março 1900 Abril 2200 Maio 2600 Com base nesses dados, obtenha a respectiva reta de regressão linear e em seguida faça uma previsão para a produção no mês de junho. A previsão para junho é: Nota: 20.0 A 2510 B 2610 C 2680 D 2720 Você acertou! Lista={(1,2000),(2,2500), (3,1900),(4,2200),(5,2600)} Regressão Linear [Lista] f(6) 2510 Questão 5/5 - Métodos Quantitativos MÉTODOS QUANTITATIVOS As séries temporais possuem algumas características relacionadas ao comportamento da variável que está sendo analisada: I. Tendência ( ) Ocorre quando não há mudanças no comportamento da variável. II. Estacionalidade ( ) Mudanças tais como crescimento ou decrescimento que ocorrem em determinadas épocas. III. Sazonalidade ( ) Indica o crescimento ou decrescimento da variável. Assinale a alternativa que apresenta a sequência correta. Nota: 20.0 A I, III, II B III, II, I C II, III, I D III, I, II Você acertou! Tendência: por meio dela é possível observarmos se há crescimento ou decrescimento da variável. Estacionalidade: Esse comportamento ocorre quando não há mudanças em relação à variável. Nesse caso não ocorre crescimento e nem decrescimento. A variável apresenta um equilíbrio estável em torno de um valor constante. Sazonalidade: Esse comportamento é muito corriqueiro quando há mudanças tais como crescimento e decrescimento que ocorrem em determinadas épocas. MÉTODOS QUANTITATIVOS AULA 1 Prof. Ricardo Alexandre Deckmann Zanardini 2 CONVERSA INICIAL Imagine que você foi a um posto e viu que o litro de gasolina está custando R$ 3,50. Se você abastecer o veículo com 10 litros de gasolina, quanto vai pagar? Para saber o total a ser pago, basta multiplicar 3,50 por 10, o que resulta em R$ 35,00. E se outro cliente abastecer o veículo com 15 litros de gasolina? Neste caso, 3,50 vezes 15 é igual a R$ 52,50. Observe que o total a ser pago é dado em função da quantidade de combustível adquirida. Em muitas situações do nosso dia a dia, estamos em contato diretamente ou indiretamente com as funções. Mas o que é uma função? É o que veremos a seguir! TEMA 1 – FUNÇÕES Uma função é uma relação que associa a cada elemento x do domínio um único elemento y do contradomínio.Os elementos do contradomínio que estão associados aos elementos do domínio formam o conjunto imagem. A seguir, temos uma imagem que ilustra o domínio, o contradomínio e o conjunto imagem de uma função. Figura 1 – Domínio, contradomínio e conjunto imagem As funções são representadas matematicamente por uma expressão que relaciona a variável dependente y com a variável independente x. No caso do exemplo do posto de combustíveis, a função que relaciona o total a ser pago com a quantidade de gasolina a ser colocada é 3 y=3,5x. A variável y corresponde ao total a ser pago e é chamada de variável dependente, pois é uma consequência do valor de x, a quantidade de gasolina adquirida. Podemos dizer que y depende de x. Para sabermos o total y a ser pago, basta multiplicarmos a quantidade x de gasolina por 3,5. Uma observação importante: 3,5 é equivalente a 3,50. Podemos escrever y=3,5x ou também f(x)=3,5x, pois y=f(x). O gráfico da função pode ser obtido por meio do GeoGebra, um software gratuito disponível em: <www.geogebra.org>. O GeoGebra também pode ser utilizado no navegador sem a necessidade de instalação. Após abrir a página do GeoGebra, basta clicar em GeoGebra Math Apps. Na caixa de entrada do GeoGebra, é preciso digitar y=3.5x e em seguida apertar a tecla Enter. É importante observar que utilizamos o ponto “.” para separar as casas decimais, não a vírgula. Na figura a seguir, é possível observar que o gráfico da função é uma linha reta. Por esse motivo, a função y=3,5x é conhecida como função linear. 4 Figura 2 – Gráfico de função linear No GeoGebra, se digitarmos na caixa de entrada a expressão “f(10)”, teremos como resultado “35”; e se digitarmos “f(15)”, teremos “52,5”, que são os respectivos valores funcionais, ou seja, considerando a função f(x)=3,5x, se x=10, y=35 e se x=15, y=52,5. 5 Figura 3 – Exemplo de função É possível observar que sempre que o valor de x aumenta, y tem um acréscimo no valor. Nesse caso, temos uma função crescente. Uma função pode ser crescente para todo o domínio ou em um determinado intervalo. De um modo geral, uma função é dita crescente quando 1212 yyxx . Há situações em que, ao aumentarmos o valor de x, temos uma redução no valor de y. Quando isso acontece, a função é dita decrescente. Assim como no caso de ser crescente, uma função pode ser decrescente em todo o domínio ou em um certo intervalo. Em uma função decrescente, temos que 1212 yyxx . A figura a seguir apresenta um exemplo de função decrescente. 6 Figura 4 – Gráfico de função decrescente Uma função decrescente está associada, por exemplo, à divisão em partes iguais de uma herança. Quanto maior o número de pessoas, menor é a parte que cada um vai receber. TEMA 2 – FUNÇÕES LINEARES Vimos que a função que associa o total a ser pago com a quantidade de gasolina comprada é um exemplo de função linear. De um modo geral, uma função linear tem sempre a forma baxy onde a e b são constantes. Nessa função, “a” corresponde ao coeficiente angular e indica a taxa de crescimento ou de decrescimento da função. O termo b é o coeficiente linear e indica o ponto no qual o gráfico da função corta o eixo y. É possível imaginarmos diversos exemplos reais relacionados às funções lineares. Podemos considerar, por exemplo, uma indústria que produz camisetas com um certo tipo de estampa. Para estampar as camisetas, ela tem um custo de R$ 100,00 referente ao cliché, placa gravada em relevo utilizada para estampar as peças. O custo de cada camiseta sem estampa corresponde a R$ 10,00. Sendo assim, para construirmos a função que representa o custo C de 7 produção de x camisetas, multiplicamos a quantidade de camisetas por 10 e somamos com 100, ou seja, C(x)=10x+100. Para fazermos o gráfico da função no GeoGebra, basta digitarmos C(x)=10x+100 na respectiva caixa de entrada. A visualização do gráfico é melhor se clicarmos com o botão direito e escolhermos a opção EixoX : EixoY e em seguida 1 : 20. Fazendo isso, para cada unidade no eixo x temos 20 unidades no eixo y. Figura 5 – Modos de visualização no GeoGebra Por meio do GeoGebra, podemos obter o custo total para a produção de uma determinada quantidade de camisetas. Se quisermos saber, por exemplo, o custo para a produção de 120 camisetas, basta digitarmos C(120) na caixa de entrada do GeoGebra. O valor obtido será de R$ 1.300,00. 8 Figura 6 – Função e gráfico de custo de produção Esse mesmo cálculo pode ser feito substituindo x por 120 na função C(x)=10x+100: C(x)=10x+100 C(120)=10 . 120+100 C(x)=1200+100 C(x)=1300 Podemos dizer que a função do tipo y=ax+b é chamada de linear, pois o respectivo gráfico consiste em uma linha reta. Se o valor de “a”, o coeficiente de x, for positivo, a função é crescente, e, se esse coeficiente de x for negativo, a função é decrescente: a>0: função crescente a<0: função decrescente. Exemplo: Vamos imaginar que em uma indústria automotiva a produção de automóveis no primeiro mês do ano foi de 25 veículos por dia e no 5° mês do ano, foi de 18 veículos por dia. Com base nessas informações, escreva a equação da reta que está relacionada a esse problema e faça uma previsão da produção diária no sexto mês. Resolução: Para resolver esse problema, o primeiro passo é determinar a equação da reta associada a esse caso. Para obter essa equação, precisamos de dois pontos. O primeiro ponto é obtido a partir da informação de que no primeiro mês a produção diária foi de 25 automóveis. Isso corresponde então ao 9 par ordenado A(1, 25). Observe que esse par ordenado é da forma (x, y), no qual o primeiro valor corresponde ao mês (x=1), e o segundo valor corresponde à produção diária (y=25). Para o próximo ponto, sabemos que no quinto mês a produção diária foi de 18 veículos, ou seja, x=5 e y=18, o que resulta no ponto B(5, 18). A partir dos pontos A(1, 25) e B(5, 18), basta substituirmos cada um deles pontos na expressão y=ax+b. Para A(1, 25), temos: y=ax+b 25=a(1)+b 25=a+b a+b=25 Para B(5, 18), temos: y=ax+b 18=a(5)+b 18=5a+b 5a+b=18 A partir das equações obtidas, temos que resolver o sistema 185 25 ba ba Para resolvermos esse sistema, o procedimento é multiplicar uma das equações por -1 e em seguida somar as duas equações. Multiplicando a primeira equação por -1, temos: 185 25 ba ba O próximo passo é somar as duas equações: 10 704 185 25 a ba ba Como 4a+0 é igual a 4a, então 4a=-7 a=-7/4 a=-1,75 Para obtermos o valor de b, basta substituirmos a=-1,75 na primeira equação: a+b=25 -1,75+b=25 b=25+1,75 b=26,75 Logo, a função procurada é dada por y=-1,75x+26,75. Como o objetivo é fazermos uma estimativa para o sexto mês, temos x=6. Agora, é só substituirmos esse valor de x na função y=-1,75x+26,75: y=-1,75x+26,75 y=-1,75 . 6+26,75 y=-10,5+26,75 y=16,25 Como estamos pensando em quantidades inteiras, a previsão de produção de automóveis para o sexto mês é de 16 automóveis por dia. Esse problema também pode ser resolvido facilmente no GeoGebra. Inicialmente precisamos criar uma lista com os pontos. Na caixa de entrada vamos digitar lista={(1,25),(5,18)} 11 Em seguida, para obtermos a função que passa por esses pontos o comando a ser utilizado é: Polinômio[lista] O gráfico é apresentado a seguir. Figura 7 – Polinômio e gráfico da função Para a previsão referente ao sexto mês, basta digitarmos f(6). Figura 8 – Produção no sexto mês O resultado é de 16,25 automóveis. TEMA 3 – FUNÇÕES QUADRÁTICAS Muitas situações do nosso cotidiano podem ser descritas por meio de funções do segundo grau, uma função da forma cbxaxy 2 ondea, b e c são constantes e 0a , conhecida como função quadrática ou função do segundo grau. 12 O gráfico de uma função quadrática é uma parábola. A concavidade dessa parábola pode estar para cima ou para baixo, e isso depende do sinal do coeficiente de x2, ou seja, depende do sinal de a. Se 0a , a parábola tem concavidade voltada para cima. Figura 9 – Parábola com concavidade para cima Se 0a , a parábola tem concavidade voltada para baixo. Figura 10 – Parábola com concavidade para baixo 13 Para que servem as equações quadráticas? As funções do segundo grau estão presentes em diversas situações do cotidiano. Uma função quadrática pode relacionar a variação do lucro referente à venda de uma mercadoria com a variação do respectivo. Também temos movimentos de objetos atirados que têm um comportamento descrito por uma parábola. Há ainda construções famosas que utilizam a parábola como base. A igreja São Francisco de Assis, localizada em Pampulha, Minas Gerais, é um exemplo do uso das parábolas na arquitetura. Figura 11 – Igreja de São Francisco de Assis Fonte: <https://bimbon- assets.s3.amazonaws.com/ckeditor/picture/data/5629394bf369334e6102abe8/content_pamps.j pg>. Se a parábola tem concavidade para baixo, então essa função quadrática tem um ponto de máximo, e, se a parábola tem a concavidade voltada para cima, então a função tem um ponto de mínimo. Para determinarmos qual é o valor de x que implica no ponto de máximo ou ponto de mínimo da função, basta considerarmos a fórmula do x referente ao vértice, chamado de xv. As coordenadas do vértice podem ser obtidas pelas fórmulas a b xv 2 e 14 acb a yv 4 onde 4 2 Observe a figura a seguir. O vértice de uma parábola coincide com a extremidade da função que, como já vimos, pode ser um ponto de máximo ou um ponto de mínimo dessa função. Figura 12 – Ponto de máximo Para entendermos melhor a importância das funções quadráticas e das coordenadas do vértice, vamos ver um exemplo real: Uma empresa comercializa frigideiras e deseja aumentar seu lucro mensal fazendo uma alteração no preço dessas frigideiras. A função quadrática que relaciona o lucro com o preço praticado é L(x)=-3x2+150x-1200 onde x é o preço de venda de cada frigideira, e L é o lucro total. Sendo assim, determine: a. O preço que maximiza o lucro b. O lucro máximo Resolução: a. O preço que maximiza o lucro é o valor de x referente ao vértice, que pode ser facilmente calculado utilizando-se a fórmula do xv. a b xv 2 Inicialmente, precisamos dos coeficientes a e b da função: 15 a = -3 b = 150 O próximo passo é substituirmos esses coeficientes na fórmula. 32 150 vx 6 150 vx 25vx Nesse caso, R$ 25,00 é o preço que maximiza o lucro. b. Para determinarmos o lucro máximo, podemos utilizar a fórmula referente ao yv ou também podemos substituir o valor do x encontrado no item anterior na função L(x)=-3x2+150x-1200. Fazendo a substituição de x por 25 na função quadrática, temos L(25)=-3(25)2+150(25)-1200 L(25)=-3(625)+150(25)-1200 L(25)=-1875+3750-1200 L(25)=675 Portanto, o lucro máximo corresponde a R$ 675,00. No caso das funções quadráticas, podemos determinar as raízes utilizando a fórmula quadrática acb a b x 4 onde .2 2 . Graficamente, as raízes de uma função quadrática correspondem aos valores de x tais que y seja igual a zero. Figura 12 – Raízes da função quadrática 16 Uma aplicação do cálculo das raízes de uma função quadrática consiste em determinarmos quais são os preços mínimo e máximo para que a empresa do exemplo anterior tenha lucro. Nesse caso, o primeiro passo é determinarmos as raízes da função L(x)=-3x2+150x-1200 e, em seguida, considerarmos o intervalo entre as raízes. Primeiro, vamos determinar os coeficientes a, b e c: a = -3 b = 150 c = -1200 Agora, precisamos calcular o valor de : 8100 1440022500 )1200)(3(4)150( 4 2 2 acb Calculando as raízes, temos: a b x .2 )3.(2 8100)150( x 17 40 6 240 6 90150 10 6 60 6 90150 6 90150 222 111 xxx xxx x Nesse caso, para essa empresa, os preços que fazem com que o lucro seja maior do que zero estão entre 10 e 40. Logo, 10<x<40. Podemos utilizar o GeoGebra para resolver problemas relacionados a funções quadráticas. Considerando o problema da indústria de frigideiras, o gráfico da função pode ser feito digitando L(x)=-3x^2+150x-1200 no campo de entrada do GeoGebra. É importante ressaltar que o símbolo “^” indica a potenciação. Por esse motivo, foi utilizado para indicar que a variável x está elevada ao quadrado. Figura 14 – Resolução do problema com a utilização do GeoGebra Para esse gráfico, utilizamos a proporção 1:50. Também é possível obtermos o ponto de máximo. Basta escolhermos a opção Otimização: 18 Figura 14 – Ponto de máximo obtido pelo GeoGebra Em seguida, é só clicar sobre a função e teremos os valores de xv e de yv: Figura 15 – Valores de xv e de yv obtidos pelo GeoGebra As raízes também podem ser facilmente obtidas com o uso do GeoGebra. Basta escolhermos a opção Raízes e clicarmos na função. 19 Figura 16 – Como obter raízes pelo GeoGebra O GeoGebra fornece os valores das raízes da função. Figura 17 – Valores das raízes obtidos pelo GeoGebra TEMA 4 – FUNÇÕES EXPONENCIAIS Toda função da forma xbaxf . 20 onde a é diferente de zero, b é positivo e b é diferente de 1, é uma função exponencial. O termo a é o valor da função quando x é igual a zero. O termo b é chamado de base. Quando b é maior do que 1, a função é crescente, e, se b está entre 0 e 1, a função é decrescente. As funções exponenciais têm diversas aplicações em problemas reais e são muito comuns em problemas relacionados ao crescimento populacional, ao comportamento das frequências das notas musicais relativas à escala ocidental, problemas envolvendo oferta e demanda, depreciação, meia-vida de uma substância, juros compostos, entre outros. Para exemplificarmos uma situação envolvendo funções exponenciais, podemos imaginar uma indústria que tem um crescimento anual previsto de 10% ao ano. Se o valor atual dessa empresa é de 5 milhões de reais, a cada ano esse valor é 10% maior do que o valor atual. Para estimarmos o valor da empresa a cada ano, devemos multiplicar o valor atualizado da empresa por 1,1. Isso corresponde a 100% mais o acréscimo de 10%, pois 100%+10%=110%, o que, na forma decimal, é igual a 1,1. Esse fator de crescimento é a base da função exponencial. Vamos acompanhar os respectivos valores anuais da empresa nos 5 primeiros anos. Tabela 1 – Valores anuais da empresa Ano Valor (em milhões de reais) 0 5 1 5 x 1,1 = 5,5 2 5 x 1,12 = 6,05 3 5 x 1,13 = 6,655 4 5 x 1,14 = 7,32050 5 5 x 1,15 = 8,05255 Para um n qualquer, a função que relaciona o valor f da empresa com o tempo x é: xxf 1,1.5 21 onde a=5 e b=1,1. A base corresponde ao fator de aumento 1,1 e o valor de a corresponde ao valor da empresa quando x=0, ou seja, a=5. Podemos utilizar o GeoGebra para fazermos o gráfico da função xxf 1,1.5 . Para isso precisamos digitar f(x)=5*1.1^x na caixa de entrada: Figura 18 – Gráfico produzido pelo GeoGebra TEMA 5 – APLICAÇÕES DE FUNÇÕES Além das funções lineares, quadráticas e exponenciais, muitas vezes temos outros tipos de funções que podem ser utilizados para a resolução de problemas reais. Veremos a seguir exemplos em que diferentes tipos de funções são utilizados. Exemplo 1: Uma organização de saúde fez um estudo e descobriu que, para vacinar x% da população de uma cidade, o custoC em milhões de reais é dado por x x xC 220 200 )( . Utilizando o GeoGebra, faça o gráfico dessa função. Em seguida, identifique qual é o custo para que seja possível vacinar 40% da população. Resolução: 22 Na caixa de entrada do GeoGebra, precisamos digitar C(x)=200x/(220-x). Em seguida, basta digitar C(40). Figura 19 – Resolução pelo GeoGebra Logo, o custo para vacinar 40% da população é de 44,44 milhões de reais. Exemplo 2: Para a produção de x camisetas estampadas, o custo unitário corresponde a x x xC 10010 )( . Por meio do GeoGebra, faça o gráfico da função. Qual é o custo unitário quando a empresa produz 10 unidades? E quando produz 100 unidades? Resolução: Para fazer o gráfico, basta digitar C(x)=(10x+100)/x na caixa de entrada do GeoGebra. Em seguida, digite C(10) e depois C(100). 23 Figura 20 – Resolução pelo GeoGebra Para 10 unidades, o custo unitário de produção é de R$ 20,00, e, para 100 unidades, esse custo corresponde a R$ 11,00. Isso ocorre porque o custo fixo de R$ 100,00 tem um impacto menor no custo unitário quando a produção aumenta. Graficamente, é possível perceber que há uma redução do custo unitário quando a produção aumenta. FINALIZANDO Chegamos ao final da nossa primeira aula de Métodos Quantitativos. Tivemos a oportunidade de estudar funções lineares, quadráticas, exponenciais e funções em geral. Vimos diversas aplicações relacionadas às funções e também como é possível utilizarmos o GeoGebra para representar graficamente as funções. Ainda aprendemos a obter as raízes e as coordenadas do vértice de funções quadráticas. REFERÊNCIAS CASTANHERIA, N. P. Matemática Aplicada. 3. ed. Curitiba: Ibpex, 2010. DEMANA, F.D. et al. Pré-Cálculo. 2. ed. São Paulo: Pearson, 2013. FLEMING, D. M.; GONÇALVES, M. B. Cálculo A: Função de uma variável. 2. ed. São Paulo: Pearson, 2007. MÉTODOS QUANTITATIVOS AULA 2 Prof. Ricardo Alexandre Deckmann Zanardini 2 CONVERSA INICIAL Olá! Aprendemos na aula anterior que as funções são importantes ferramentas matemáticas versáteis na resolução de problemas reais. Além das funções, limites e derivadas também são muito eficientes em situações do cotidiano. Quando precisamos saber o comportamento de uma função quando a variável independente se aproxima de um certo número, podemos utilizar conceitos relacionados a limites. Se precisamos, por exemplo, estimar o custo unitário de produção de camisetas estampadas quando essa produção aumenta, os limites são muito úteis. Em relação às derivadas, a importância consiste em determinarmos máximos e mínimos de funções tais como situações envolvendo lucro máximo ou custo mínimo. Também podemos utilizar derivadas para estudarmos situações relacionadas a taxas de crescimento. Para começarmos, veremos o que são limites! TEMA 1 – LIMITES Na matemática, o conceito de limite separa a matemática elementar da matemática avançada e está diretamente relacionado ao comportamento de uma função quando x se aproxima de um determinado valor. Podemos utilizar o conceito de limite para fazermos o estudo do custo de remoção de poluentes de um rio quando a porcentagem de poluentes aumenta. Também é possível determinarmos qual é o comportamento do custo unitário de um determinado item quando a produção aumenta. Quando pensamos em limites, não nos interessa o valor da função em um determinado ponto, mas sim o comportamento dessa função quando a variável independente x está próxima desse ponto. Para entendermos melhor, vamos começar com um exemplo relacionado à produção de camisetas estampadas. Vimos na aula 1 um exemplo em que uma indústria produz camisetas estampadas com um custo de R$ 100,00 referente ao cliché e um custo de R$ 10,00 referente a cada camiseta sem estampa. A função que associa o custo total C de produção de x camisetas é dada por: C(x)=10x+100. 3 E se quisermos saber o custo unitário U de produção? Nesse caso, precisamos dividir o custo total C pelo número de camisetas produzidas x. Logo, a função que fornece o custo unitário U a partir da produção x corresponde a x x xU 10010 )( . Podemos dividir cada termo do numerador por x, o que resulta em x xU 100 10)( . que é a função que relaciona o custo unitário U com a quantidade x de camisetas estampadas produzidas pela indústria. Podemos fazer uma tabela contendo alguns valores relacionados à produção, custo total e custo unitário para observarmos o que acontece com os custos quando a produção aumenta. Tabela 1 – Custos x C(x) U(x) 1 R$ 110,00 R$ 110,00 10 R$ 200,00 R$ 20,00 20 R$ 300,00 R$ 15,00 30 R$ 400,00 R$ 13,33 40 R$ 500,00 R$ 12,50 50 R$ 600,00 R$ 12,00 100 R$ 1.100,00 R$ 11,00 200 R$ 2.100,00 R$ 10,50 300 R$ 3.100,00 R$ 10,33 1000 R$ 10.100,00 R$ 10,10 10000 R$ 100.100,00 R$ 10,01 É fácil perceber que com o aumento da produção o custo total também aumenta. Também é possível verificar que com esse aumento o custo unitário está diminuindo. Mas para quanto esse custo tende quando a produção aumenta? Podemos pensar então no limite de U(x) quando x tende a infinito. Essa expressão pode ser escrita como xx 100 10lim . 4 Substituindo x por infinito, a expressão 100/x tende a zero. Isso ocorre por que quanto maior for o denominador, menor é o resultado da divisão de 100 por esse número. Sendo assim, 10 100 10lim xx . Logo, quanto maior for a produção, menor será o custo unitário, e, quando x tende a infinito, esse custo tende a R$ 10,00. Graficamente, é possível observarmos esse comportamento da função U(x). Figura 1 – Gráfico da função U(x) TEMA 2 – APLICAÇÕES E O GEOGEBRA NO ESTUDO DE LIMITES Podemos resolver diversos problemas práticos e teóricos relacionados aos limites por meio do GeoGebra. O comando é Limite[<função>, <número>]. Para que o GeoGebra forneça o limite de uma função quando x tende a um certo número, basta utilizar o comando Limite e informar a função e o número para o qual x está tendendo. Como exemplo, podemos imaginar uma situação onde é necessário que os poluentes de um rio sejam removidos. Um possível custo de remoção dos poluentes C é dado em função da porcentagem removida x. A função que relaciona esse custo de remoção com a porcentagem removida é x x xC 100 50000 12000)( . 5 Determine o custo de remoção de 50% e 90% dos poluentes e o que acontece com o custo quando x tende a 100%. Podemos fazer o gráfico da função e resolver esse problema utilizando o GeoGebra. O primeiro passo é digitarmos C(x)=12000+50000x/(100-x) na caixa de entrada do GeoGebra. A função e o respectivo gráfico são apresentados. Para o gráfico, é interessante utilizarmos a proporção 1 : 1000. Figura 2 – Gráfico da função O custo para a remoção de 50% dos poluentes pode ser obtido digitando C(50) na caixa de entrada do GeoGebra. Esse custo corresponde a R$ 62.000,00. O custo referente a 90% é obtido digitando C(90) no GeoGebra. 6 Esse custo corresponde a R$ 462.000,00. Quando x tende a 100, precisamos utilizar o conceito de limite. No GeoGebra, se digitarmos Limite[C,100], aparecerá o termo “indefinido”. Isso ocorre porque quando x se aproxima de 100 por valores menores do que 100, a função tende a infinito, e quando x se aproxima de 100 por valores maiores do que 100, a função tende a menos infinito. Isso é fácil de se perceber ao observarmos o gráfico. Nesse caso, precisamos utilizar o comando LimiteInferior[C,100], pois estamos pensando em x que se aproxima de 100 por valores menores do que 100. Como resultado, o GeoGebra apresenta ∞ (infinito). Isso significa que, quanto maior a porcentagem de poluentes a serremovida, maior o custo, e quando a porcentagem está próxima de 100%, o custo é extremamente elevado. Figura 3 – Gráfico de custos da despoluição Vamos pensar agora em um problema em que o objetivo é calcular, por meio do GeoGebra, o limite: 7 23 1 lim 2 2 1 xx x x . O primeiro passo é digitarmos f(x)=(x^2-1)/(x^2-3x+2). Teremos a função e o respectivo gráfico. Figura 4 – Gráfico de limite Utilizando o comando Limite[f,1], o resultado é -2. Logo, para a função 23 1 )( 2 2 xx x xf , f tende a -2 quando x tende a 1. Considerando a função 1 1 )( 2 x x xf , qual é o limite de f quando x tende a 1? No GeoGebra, o primeiro passo é digitar f(x)=(x^2-1)/(x-1) na caixa de entrada. Em seguida, basta digitar Limite[f,1]. O resultado é 2. Podemos dizer então que o limite de f(x) quando x tende a 1 é igual a 2. 8 Figura 5 – Gráfico de limite Se formos calcular 23 1 lim 2 2 1 xx x x sem o uso do GeoGebra, inicialmente podemos substituir x por 1 na função 23 1 )( 2 2 xx x xf . Fazendo isso, temos 23 1 )( 2 2 xx x xf 21.31 11 )( 2 2 xf 231 11 )( xf 0 0 )( xf O resultado 0/0 é uma indeterminação. Isso significa que não temos como saber qual é o limite da função f quando x tende a 1. Para resolvermos isso, é preciso fatorar numerador e denominador para efetuar, se possível, uma simplificação. Nesse caso, podemos escrever 23 1 lim 2 2 1 xx x x 9 como )2)(1( )1)(1( lim 1 xx xx x Simplificando (x-1) do numerador com (x-1) do denominador, temos: 2 1 lim 1 x x x Substituindo x por 1, temos 21 11 1 2 2 Logo, 2 23 1 lim 2 2 1 xx x x . TEMA 3 – DERIVADAS A derivação é uma importante ferramenta matemática muito útil na resolução de problemas que envolvem movimento ou taxa de variação. Também é possível utilizarmos derivadas para obter máximos ou mínimos de funções e também para realizar o traçado de curvas, algo muito útil em imagens feitas por computador. A definição de derivada de uma função que é utilizada atualmente foi elaborada pelo matemático Cauchy no século XIX. Se f é uma função e f’ é a sua derivada, temos que x xfxxf xf x )()( lim)(' 0 10 Figura 6 – Gráfico de derivada Podemos interpretar geometricamente a derivada como sendo a inclinação da reta tangente ao gráfico de f no ponto x. A partir de dois pontos dados, temos uma reta tangente, mas quando 0x esses pontos se aproximam, a inclinação da secante fica cada vez mais próxima da inclinação da tangente. Figura 7 – Gráfico de derivada 11 A partir dessa definição, é possível obtermos a derivada de diversas funções. Por exemplo, a derivada de f(x) = x2 corresponde a f’(x) = 2x, e a derivada de f(x) = x3 corresponde a f’(x) = 3x2, entre outras. Temos regras de derivação obtidas a partir da definição e que facilitam a obtenção das respectivas derivadas. Antes de estudarmos as regras de derivação, vamos ver como é possível obtermos a derivada de uma função por meio da definição de derivada. Exemplo: Mostre, utilizando a definição de derivada, que se f(x) = 5x2, então f’(x) = 10x. Resolução: A definição de derivada de Cauchy é dada por x xfxxf xf x )()( lim)(' 0 Como 25)( xxf , 222 )(5105)(5)( xxxxxxxxf Substituindo essas funções na definição de derivada, temos x xxxxx xf x 222 0 5)(5105 lim)(' x xxx xf x 2 0 )(510 lim)(' x xxx xf x )510( lim)(' 0 )510(lim)(' 0 xxxf x Como 0x xxf 10)(' TEMA 4 – REGRAS DE DERIVAÇÃO Vimos que é possível calcular a derivada de uma função utilizando a definição. No entanto, esse processo é bastante trabalhoso e, dependendo da função, exige tempo e dedicação. 12 No entanto, com base nas regras de derivação, o cálculo da derivada passa a ser mais rápido e muitas vezes mais fácil. Pela definição, podemos verificar que a derivada de uma função constante é igual a zero. Sabemos que a definição de derivada corresponde a x xfxxf xf x )()( lim)(' 0 Como a função f é uma constante, então f(x)=c. Sendo assim, f(x+x)=c. Isso ocorre porque como a função é constante, sempre é igual a c para qualquer valor de x. Logo x cc xf x 0 lim)(' x xf x 0 lim)(' 0 00lim)(' 0 x xf Exemplo: Calcule a derivada da função f(x)=10. Resolução: Como a derivada de uma constante é zero, se f(x)=10, então f’(x)=0. Pela definição de derivada, podemos mostrar que se f(x)=x2, então f’(x)=2x. Como 2)( xxf , 222 )(2)()( xxxxxxxxf Logo x xxxxx xf x 222 0 )(2 lim)(' x xxx xf x 2 0 )(2 lim)(' x xxx xf x )2( lim)(' 0 )2(lim)(' 0 xxxf x Sabendo que 0x xxf 2)(' 13 De maneira análoga, se f(x)=x3, então f’(x)=3x2. Quando f(x)=x4, f’(x)=4x3 e assim por diante. Logo, a regra da potência afirma que se f(x)=xn, então f’(x)=nxn-1. Podemos dizer então que para calcular a derivada de xn, basta subtrair 1 unidade do expoente e multiplicar a expressão resultante por n. Observação: Se f(x)=cxn, então f’(x)=cnxn-1. Exemplo: Calcule a derivada das seguintes funções: a. f(x)=x7 b. f(x)=5x3 c. f(x)=x-2 d. f(x)=4x2 e. f(x)=-3x-4 Resolução: a. Se f(x)=x7, então f’(x)=7x7-1 que resulta em f’(x)=7x6 b. Se f(x)=5x3, então f’(x)=3.5x3-1 que resulta em f’(x)=15x2 c. Se f(x)=x-2, então f’(x)=-2x-2-1 que resulta em f’(x)=-2x-3 d. Se f(x)=4x2, então f’(x)=2.4x2-1 que resulta em f’(x)=8x e. Se f(x)=-3x-4, então f’(x)=(-4)(-3)x-4-1 que resulta em f’(x)=12x-5 A derivada da soma é a soma das derivadas, ou seja, se f(x)=2x5+7x3, então f(x)=10x4+21x2. Assim sendo, basta calcular a derivada de cada termo utilizando as regras de derivação. Quando temos o produto de duas funções, f.g, então a derivada do produto é dada por f’.g+f,g’. No caso do quociente de duas funções, f/g, a derivada é dada por (f’.g- f,g’)/g2. Por exemplo, se 2 13 2 x x y , então para calcularmos a respectiva derivada precisamos das seguintes informações: f(x)=3x2+1 f’(x)=6x 14 g(x)=x-2 g’(x)=1 Logo 2 '' ' g fggf y 2 2 )2( 1)13()2(6 ' x xxx y 44 13126 ' 2 22 xx xxx y 44 1123 ' 2 2 xx xx y TEMA 5 – APLICAÇÕES DAS DERIVADAS E O USO DO GEOGEBRA É possível resolver problemas reais e calcular derivadas por meio do GeoGebra. O comando Derivada permite que isso seja feito de maneira prática e eficiente. Inicialmente, vamos ver como é possível calcular a derivada de uma função fazendo uso do GeoGebra. Em seguida, veremos aplicações relacionadas às derivadas. Exemplo: Obtenha, por meio do GeoGebra, a derivada primeira da função f(x)=4x3- 5x2+19x+12. Resolução: Inicialmente, na caixa de entrada do GeoGebra, digite “f(x)=4x^3- 5x^2+19x+12” e aperte “Enter”. Em seguida, na caixa de entrada, digite “Derivada[f(x)]” e aperte “Enter”. Para melhor visualização do gráfico, na opção “EixoX : EixoY”, escolha a proporção “1 : 50”. 15 Figura 8 – Gráfico feito com o GeoGebra Exemplo: Obtenha, por meio do GeoGebra, a derivada segunda da função f(x)=4x3- 5x2+19x+12. Resolução: Inicialmente, na caixa de entrada, digite “f(x)=4x^3-5x^2+19x+12” e aperte “Enter”. Em seguida, na caixa de entrada”, digite “Derivada[f(x),2]” e aperte “Enter”. O número 2 indica que é a derivada segunda da função que está sendo calculada. Para melhor visualização do gráfico, na opção “EixoX : EixoY”, escolha a proporção “1 : 50”. 16 Figura 9 – Gráfico feito como GeoGebra Exemplos: 1. Calcule, por meio do GeoGebra, a derivada primeira de cada uma das seguintes funções: a. f(x)=-2x3-4x2+13x-1 Resolução: f(x)=-2x^3-4x^2+13x-1 Derivada[f(x)] 17 b. g(x)=2x+ln(x) Resolução: g(x)=2x+ln(x) Derivada[g(x)] c. h(x)=sen(x) Resolução: h(x)=sen(x) Derivada[h(x)] d. r(x)=tg(x) Resolução: r(x)=tg(x) Derivada[r(x)] e. q(x)=sen(x)cos(x) Resolução: q(x)=sen(x)cos(x) Derivada[q(x)] 18 f. p(x)=cotg(x) Resolução: p(x)=cotg(x) Derivada[p(x)] g. v(x)= xx 52 (a raiz quadrada é dada por “sqrt”) Resolução: v(x)=sqrt(x^2-5x) Derivada[v(x)] h. t(x)= 62 43 3 2 x xx Resolução: t(x)=(3x^2-4x)/(2x^3+6) Derivada[t(x)] 19 2. Calcule, por meio do GeoGebra, a derivada segunda de cada uma das seguintes funções: a. f(x)=-2x3-4x2+13x-1 Resolução: f(x)=-2x^3-4x^2+13x-1 Derivada[f(x),2] b. g(x)=2x+ln(x) Resolução: g(x)=2x+ln(x) Derivada[g(x),2] c. h(x)=sen(x) Resolução: h(x)=sen(x) Derivada[h(x),2] d. r(x)=tg(x) Resolução: r(x)=tg(x) Derivada[r(x),2] 20 e. q(x)=sen(x)cos(x) Resolução: q(x)=sen(x)cos(x) Derivada[q(x),2] f. p(x)=cotg(x) Resolução: p(x)=cotg(x) Derivada[p(x),2] g. v(x)= xx 52 (Obs.: a raiz quadrada é dada por “sqrt”) Resolução: v(x)=sqrt(x^2-5x) Derivada[v(x),2] h. t(x)= 62 43 3 2 x xx Resolução: t(x)=(3x^2-4x)/(2x^3+6) Derivada[t(x),2] 21 Exemplo: Atualmente, estima-se que daqui a x meses contados a partir da data atual o nível de produção de sacas de cimento Portland de uma determinada indústria será de P(x)=20x2+100x+3000. A que taxa a produção estará variando em relação ao tempo 10 meses contados a partir de agora? Resolução: A taxa de variação da produção de sacas de cimento em relação ao tempo é a derivada da função P, ou seja, a taxa de variação é dada por P’(x)=40x+100. Para sabermos qual será a taxa de variação daqui a 10 meses, basta substituirmos x por 10 na função P’(x)=40x+100, ou seja, P’(x)=40x+100 P’(10)=40(10)+100 P’(x)=400+100 P’(x)=500 Isso significa que a taxa de variação é de 500 sacas por mês. No GeoGebra, basta digitar: P(x)=20x^2+100x+3000 Derivada[P(x)] P’(10) Exemplo: Podemos utilizar derivadas para calcular máximos e mínimos de funções. Para isso, basta calcular a derivada da função e igualar essa derivada a zero. Supondo que a relação entre o preço de venda e o lucro de um certo produto é dado pela função L(x)=-2x2+800x-1100, 22 determine o preço que maximiza o lucro. Resolução: Se L(x)=-2x2+800x-1100, então a derivada L’(x)=-4x+800. Igualando -4x+800 a zero, temos: -4x+800=0 -4x=-800 4x=800 x=800/4 x=200 Logo, o preço que maximiza o lucro é R$ 200,00. FINALIZANDO Nessa aula, vimos que podemos utilizar limites para resolver diversos problemas reais, e o GeoGebra é muito útil na resolução desses problemas. Também vimos que as derivadas são muito importantes e estão relacionadas a problemas de máximos e mínimos, taxa de variação e outras aplicações. Ainda é possível resolver problemas relacionados a derivadas utilizando o GeoGebra. 23 REFERÊNCIAS CASTANHEIRA, N. P. Matemática Aplicada. 3. ed. Curitiba: Ibpex, 2010. DEMANA, F.D.; WAITS, B.K.; FOLEY, G.D.; KENNEDY, D. Pré-Cálculo. 2. ed. São Paulo: Pearson, 2013. FLEMING, D. M.; GONÇALVES, M. B. Cálculo A: Função de uma variável. 2. ed. São Paulo: Pearson, 2007. MÉTODOS QUANTITATIVOS AULA 3 Prof. Ricardo Zannardini 2 CONVERSA INICIAL Olá! Seja bem-vindo à nossa terceira aula de Métodos Quantitativos. Nesta aula falaremos a respeito dos índices econômicos. Mas o que são esses índices? São elementos que nos permitem analisar variações de preços, de quantidades e de valor de um ou mais itens e com base nessa análise conhecer melhor um determinado cenário e ter mais elementos para facilitar o processo de tomada de decisões. Inicialmente falaremos sobre os relativos, e depois iremos estudar índices agregativos simples e índices ponderados. TEMA 1 – RELATIVOS Para realizarmos comparações entre preços, quantidades ou valores considerados em duas épocas diferentes, uma delas sendo a data-base, podemos utilizar os relativos. Os relativos indicam a relação de variação entre dois números associados a um único item. Para calcularmos o índice de preço, basta dividirmos o preço na data considerada (p2) pelo preço na data base (p1): 1 2 p p Rp Por exemplo, se em 2014 um automóvel custava R$ 35.900,00 e em 2015 o preço desse automóvel era R$ 42.900,00, qual é o relativo de preço do automóvel considerando 2014 como a data-base? Para resolvermos esse exemplo, precisamos considerar R$ 35.900,00 como o preço na data-base, ou seja, p1 = 35.900, e R$ 42.900,00 o preço na data considerada, isto é, p2 = 42.900: 1 2 p p Rp 35900 42900 pR 1,194986pR É possível obtermos esse relativo na forma de porcentagem. Para isso, basta multiplicarmos 1,194986 por 100, o que resulta em 119,4986%. Isso significa que o preço em 2015 corresponde a 119,4986% do preço desse automóvel em 2014. 3 Se quisermos saber a porcentagem de aumento, basta fazermos 119,4986%-100%. Logo, o aumento foi de 19,4986%. O relativo de quantidade é obtido por meio da divisão da quantidade na data considerada (q2) pela quantidade na data base (q1): 1 2 q q Rq Se imaginarmos, por exemplo, que uma indústria de produtos alimentícios produziu 5 toneladas de leite em pó em janeiro e 7 toneladas de leite em pó no mês de fevereiro, o relativo de quantidade, considerando janeiro como data- base, é calculado da seguinte maneira: 1 2 q q Rq 5 7 qR 4,1qR Em porcentagem, o relativo de quantidade é obtido ao multiplicarmos 1,4 por 100. Logo, esse relativo corresponde a 140%. Calculando 140%-100%, podemos dizer que houve um aumento de 40% na produção de leite em pó nesse período. Também é possível calcularmos o relativo de valor. O valor é dado pela multiplicação do preço pela quantidade e o relativo de valor é a divisão do valor referente à data considerada pelo valor na data-base: 1 2 v v Rv , onde v1 = p1.q1 e v2 = p2.q2. Para entendermos melhor, vamos considerar o exemplo de um açougue que, na primeira semana do mês, vendeu um total de 400 quilos de alcatra a R$ 29,00 o quilo. Na segunda semana, fez uma promoção e vendeu 700 quilos de alcatra por R$ 25,00 o quilo. Nessas condições, podemos calcular o relativo de valor considerando a primeira semana como data-base. O valor 1, representado por v1, corresponde à multiplicação do preço pela quantidade na data 1, ou seja, v1 = p1.q1. Como p1 = 29 e q1 = 400, temos v1 = (29).(400). Logo, v1 = 11.600. Podemos obter v2 de maneira análoga: v2 = p2.q2. Como p2 = 25 e q2 = 700, temos que v2 = (25).(700), donde v2 = 17.500. O respectivo relativo de valor é dado por: 4 1 2 v v Rv 11600 17500 vR 508621,1vR Nesse caso, o relativo corresponde a 1,508621, ou, de forma equivalente, 150,8621%. O aumento no valor corresponde a 150,8621%-100% = 50,8621%. Os relativos são importantes instrumentos de medição, mas se referem apenas a um item. Quando precisamos analisar a variação de mais de um item, podemos utilizar os índices agregativos simples. Conheceremos agora os índices de Bradstreet, de Sauerbeck, de Laspeyres e de Paasche. TEMA 2 – ÍNDICE DE BRADSTREET O primeiro e mais elementar índice agregativo simples é o índice de Bradstreet, também conhecido como índice de Bradstreet-Dûtot. Esse índice é o relativo das médias aritméticas simples. Para calcularmos o índice de Bradstreet de preço,precisamos calcular a divisão entre a soma dos preços na data considerada pela soma de preços na data-base, ou seja n i i n i i p p p B 1 1 1 2 . Desenvolvendo o somatório, temos n n n i i n i i p pppp pppp p p B 1 3 1 2 1 1 1 2 3 2 2 2 1 2 1 1 1 2 . Seguindo o mesmo princípio, podemos obter o índice de Bradstreet de quantidade fazendo: n n n i i n i i q qqqq qqqq q q B 1 3 1 2 1 1 1 2 3 2 2 2 1 2 1 1 1 2 e o índice de Bradstreet de valor por meio da fórmula: 5 n n n i i n i i v vvvv vvvv v v B 1 3 1 2 1 1 1 2 3 2 2 2 1 2 1 1 1 2 onde v1 = p1.q1 e v2 = p2.q2. Para entendermos melhor, vamos considerar o seguinte exemplo: uma indústria de artigos esportivos fez alterações nos preços de alguns de seus produtos e, consequentemente, teve alterações nas respectivas demandas (quantidades). A tabela a seguir apresenta essa situação. Tabela 1 – Representação do exemplo i Produto Preço 1 Preço 2 Quantidade 1 Quantidade 2 1 Bola de basquete R$ 49,90 R$ 59,90 100 80 2 Bola de futebol R$ 62,00 R$ 59,90 230 310 3 Chuteira R$ 120,00 R$ 135,00 130 140 4 Raquete de tênis R$ 240,00 R$ 280,00 20 22 A partir dessas informações, calcule os índices de Bradstreet de preço, de quantidade e de valor. Para calcularmos os índices, precisamos criar duas novas colunas e uma nova linha na tabela. Nas duas colunas, colocaremos os valores v1 e v2. Relembrando, v1 = p1.q1 e v2 = p2.q2. Na nova linha, colocaremos a soma dos valores de cada coluna. 6 Tabela 2 – Resolução do exemplo i Produto Preço 1 Preço 2 Quantidade 1 Quantidade 2 Valor 1 Valor 2 1 Bola de basquete R$ 49,90 R$ 59,90 100 80 R$ 4.990,00 R$ 4.792,00 2 Bola de futebol R$ 62,00 R$ 59,90 230 310 R$ 14.260,00 R$ 18.569,00 3 Chuteira R$ 120,00 R$ 135,00 130 140 R$ 15.600,00 R$ 18.900,00 4 Raquete de tênis R$ 240,00 R$ 280,00 20 22 R$ 4.800,00 R$ 6.160,00 Soma R$ 471,90 R$ 534,80 480 552 R$ 39.650,00 R$ 48.421,00 É possível também utilizarmos o Excel ou uma outra planilha eletrônica para obtermos os valores v1 e v2 e as somas de preços, quantidades e valores. Utilizaremos as somas para calcular os respectivos índices de Bradstreet. Índice de Bradstreet de preço: %3291,113133291,1 90,471 80,534 1 1 1 2 n i i n i i p p p B . Índice de Bradstreet de quantidade: %11515,1 480 552 1 1 1 2 n i i n i i q q q B . Índice de Bradstreet de valor: %1211,122221211,1 39650 48421 1 1 1 2 n i i n i i v v v B . Nesse caso, o índice de Bradstreet de preço é 113,3291%, o de quantidade é 115%, e o de valor corresponde a 122,1211%. Como os índices de Bradstreet estão sujeitos à consideração de somas de preços e de quantidade em diferentes unidades (tais como quilos, litros, dúzias, entre outros), uma alternativa é considerar os respectivos relativos. Essa é a proposta dos índices de Sauerbeck. 7 TEMA 3 – ÍNDICE DE SAUERBECK Os índices de preço, quantidade e valor de Sauerbeck levam em consideração os relativos de preço, quantidade e valor. Esses índices podem ser calculados por meio da média aritmética, média harmônica ou também pela média geométrica. Sendo assim, teremos três formas diferentes para calcularmos cada um desses índices. Como os índices de Sauerbeck consideram os relativos, não é preciso se preocupar com as unidades de medida de cada item. Para calcular os índices aritméticos de preço, quantidade e de valor, precisamos calcular os relativos de preço (rp), quantidade (rq) e valor (rv) de cada item. Em seguida, basta somarmos esses relativos e dividirmos cada soma pelo total de elementos n. Índice aritmético de Sauerbeck de preço: n r S n i i p A p 1 . Índice aritmético de Sauerbeck de quantidade: n r S n i i q A q 1 . Índice aritmético de Sauerbeck de valor: n r S n i i v A v 1 . Vamos retomar o exemplo visto anteriormente para entendermos melhor como podemos calcular esses índices. Uma indústria de artigos esportivos fez alterações nos preços de alguns de seus produtos e, consequentemente, teve alterações nas respectivas demandas (quantidades). A tabela a seguir apresenta essa situação. 8 Tabela 3 – Representação do exemplo i Produto Preço 1 Preço 2 Quantidade 1 Quantidade 2 1 Bola de basquete R$ 49,90 R$ 59,90 100 80 2 Bola de futebol R$ 62,00 R$ 59,90 230 310 3 Chuteira R$ 120,00 R$ 135,00 130 140 4 Raquete de tênis R$ 240,00 R$ 280,00 20 22 A partir dessas informações, calcule os índices aritméticos, geométricos e harmônicos de Sauerbeck de preço, quantidade e de valor. O primeiro passo é multiplicarmos os elementos da coluna Preço 1 pelos elementos da coluna Quantidade 1 para obtermos os valores da coluna Valor 1, e os elementos da coluna Preço 2 pelos elementos da coluna Quantidade 2 para obtermos os valores da coluna Valor 2. Tabela 4 – Resolução do exemplo i Produto Preço 1 Preço 2 Quantidade 1 Quantidade 2 Valor 1 Valor 2 1 Bola de basquete R$ 49,90 R$ 59,90 100 80 R$ 4.990,00 R$ 4.792,00 2 Bola de futebol R$ 62,00 R$ 59,90 230 310 R$ 14.260,00 R$ 18.569,00 3 Chuteira R$ 120,00 R$ 135,00 130 140 R$ 15.600,00 R$ 18.900,00 4 Raquete de tênis R$ 240,00 R$ 280,00 20 22 R$ 4.800,00 R$ 6.160,00 Em seguida, precisamos calcular os relativos de preço, quantidade e valor. Para os relativos de preço, precisamos dividir cada elemento da coluna Preço 2 pelo respectivo elemento da coluna Preço 1. Os relativos de quantidade são obtidos dividindo os elementos da coluna Quantidade 2 pelos respectivos elementos da coluna Quantidade 1, e os relativos de valor dividindo os elementos da coluna Valor 2 pelos respectivos elementos da coluna Valor 1: 9 Tabela 5 – Resolução do exemplo Relativos i Produto Preço Quantidade Valor 1 Bola de basquete 1,200401 0,8 0,960321 2 Bola de futebol 0,966129 1,347826 1,302174 3 Chuteira 1,125 1,076923 1,211538 4 Raquete de tênis 1,166667 1,1 1,283333 Soma 4,458197 4,324749 4,757366 O índice aritmético de Sauerbeck de preço é calculado de um modo bem simples: basta dividirmos a soma dos relativos de preço por 4. Observe: %4549,111114549,1 4 458197,41 n r S n i i p A p . O índice aritmético de Sauerbeck de quantidade é obtido por meio da divisão da soma dos relativos de quantidade por 4: %1187,108081187,1 4 324749,41 n r S n i i q A q . E o índice aritmético de Sauerbeck de valor é dado por: %9342,118189342,1 4 757366,41 n r S n i i v A v . Com base nesses índices, é possível determinar que houve um aumento de 111,4549% nos preços, de 108,1187% na quantidade e de 118,9342% no valor, de acordo com esse critério de cálculo. Para calcularmos os índices geométricos de Sauerbeck de preço, quantidade e valor, precisamos calcular a média geométrica dos relativos. Para isso é necessário calcular os produtos dos relativos, indicados por , e em seguida determinarmos a respectiva raiz de índice n. Índice geométrico de Sauerbeck de preço: 10 n n i i p G p rS 1 . Índice geométrico de Sauerbeck de quantidade: n n i i q G q rS 1 . Índice geométrico de Sauerbeck de valor: n n i i v G v rS 1 . Considerando o exemplo da indústria de artigos esportivos, podemos calcular os índices geométricos de Sauerbeck. O primeiro passo é calcularmos o produto de cada relativo. Tabela 6 – Resolução do exemplo Relativos i Produto Preço Quantidade Valor 1 Bola de basquete 1,200401 0,8 0,960321 2 Bola de futebol 0,966129 1,3478261,302174 3 Chuteira 1,125 1,076923 1,211538 4 Raquete de tênis 1,166667 1,1 1,283333 Produto 1,522162096 1,277324241 1,944293606 Em seguida, basta utilizarmos esses valores nas respectivas fórmulas: Índice geométrico de Sauerbeck de preço: %0747,111110747,1522162096,14 1 n n i i p G p rS Índice geométrico de Sauerbeck de quantidade: %3103,106063103,1277324241,14 1 n n i i q G q rS Índice geométrico de Sauerbeck de valor: %0838,118180838,1944293606,14 1 n n i i v G v rS 11 Também é possível utilizarmos a média harmônica para calcularmos os índices de Sauerbeck. Nesse caso, é preciso calcular os inversos dos relativos, ou seja, em vez de dividirmos cada elemento da coluna Preço 2 pelo respectivo elemento da coluna Preço 1, precisamos dividir os elementos da coluna Preço 1 pelos da coluna Preço 2. Os relativos de quantidade são obtidos dividindo os elementos da coluna Quantidade 1 pelos respectivos elementos da coluna Quantidade 2, e os relativos de valor dividindo os elementos da coluna Valor 1 pelos respectivos elementos da coluna Valor 2: Tabela 7 – Resolução do exemplo Inversos dos Relativos i Produto Preço Quantidade Valor 1 Bola de basquete 0,833055 1,25 1,041319 2 Bola de futebol 1,035058 0,741935 0,767947 3 Chuteira 0,888889 0,928571 0,825397 4 Raquete de tênis 0,857143 0,909091 0,779221 Soma 3,614145 3,829598 3,413883 As fórmulas referentes aos índices harmônicos de Sauerbeck são: Índice harmônico de Sauerbeck de preço: n i i p H p r n S 1 1 . Índice harmônico de Sauerbeck de quantidade: n i i q H q r n S 1 1 . Índice harmônico de Sauerbeck de valor: n i i v H v r n S 1 1 . 12 Sendo assim, o índice harmônico de Sauerbeck de preço é dado pela divisão de 4 por 3,614145: %6762,110106762,1 614145,3 4 1 1 n i i p H p r n S . Da mesma maneira, podemos calcular os índices harmônicos de Sauerbeck de quantidade e de valor. Índice harmônico de Sauerbeck de quantidade: 4496,104044496,1 829598,3 4 1 1 n i i q H q r n S . Índice harmônico de Sauerbeck de valor: 1686,117171686,1 413883,3 4 1 1 n i i v H v r n S . Temos três maneiras diferentes de calcular os índices de Sauerbeck. A tabela a seguir apresenta os resultados obtidos para o exemplo da indústria de artigos esportivos. Tabela 8 – Resultados Preço Quantidade Valor Aritmético 111,4549% 108,1187% 118,9342% Geométrico 107,2532% 104,1638% 111,7190% Harmônico 110,6762% 104,4496% 117,1686% A escolha da média a ser utilizada depende do tipo de problema a ser resolvido. Geralmente a média geométrica é importante quando os dados possuem diferentes escalas numéricas ou diferentes propriedades. O impacto dessas diferenças é maior na média aritmética, por exemplo, do que na média geométrica. A média harmônica é interessante quando é preciso calcular a média de uma sequência de taxas. Os índices de Sauerbeck se baseiam em um mesmo peso, ou seja, uma mesma importância para cada item. No entanto, em muitas situações é preciso levar em consideração a importância de cada item no conjunto de dados. Nesse 13 caso, precisamos de índices que sejam ponderados, ou seja, que considerem esses pesos. TEMA 4 – ÍNDICE DE LASPEYRES O índice de Laspeyres é um índice ponderado, pois considera a participação de cada item no total. Além disso, é conhecido como índice da época-base, pois os pesos são definidos na data-base. Para calcularmos o índice de preço de Laspeyres, precisamos multiplicar os preços da data atual pelas quantidades da data-base, somar esses valores e em seguida dividirmos pela soma das multiplicações dos preços pelas quantidades, ambos considerados na data-base. A fórmula a seguir resume isso: n i ii n i ii p qp qp L 1 11 1 12 . De maneira similar, o índice de Laspeyres de quantidade é calculado por meio da fórmula a seguir: n i ii n i ii q qp qp L 1 11 1 21 . e o índice de valor pela fórmula n i ii n i ii v qp qp L 1 11 1 22 . Para calcularmos os índices de Laspeyres de preço, quantidade e valor, precisamos de uma tabela contendo os valores de p1.q1, p1.q2, p2.q1 e p2.q2 com as respectivas somas. Podemos considerar o exemplo da indústria de artigos esportivos para ilustrar o procedimento necessário para calcularmos esses índices. Relembrando: uma indústria de artigos esportivos fez alterações nos preços de alguns de seus produtos e, consequentemente, teve alterações nas respectivas demandas (quantidades). A tabela a seguir apresenta essa situação. 14 Tabela 9 – Representação do exemplo i Produto Preço 1 Preço 2 Quantidade 1 Quantidade 2 1 Bola de basquete R$ 49,90 R$ 59,90 100 80 2 Bola de futebol R$ 62,00 R$ 59,90 230 310 3 Chuteira R$ 120,00 R$ 135,00 130 140 4 Raquete de tênis R$ 240,00 R$ 280,00 20 22 Calcule os respectivos índices de Laspeyres de preço, quantidade e de valor. O primeiro passo é construirmos uma tabela contendo os valores de p1.q1, p1.q2, p2.q1 e p2.q2 com as respectivas somas. Tabela 10 – Resolução do exemplo i Produto p1.q1 p1.q2 p2.q1 p2.q2 1 Bola de basquete R$ 4.990,00 R$ 3.992,00 R$ 5.990,00 R$ 4.792,00 2 Bola de futebol R$ 14.260,00 R$ 19.220,00 R$ 13.777,00 R$ 18.569,00 3 Chuteira R$ 15.600,00 R$ 16.800,00 R$ 17.550,00 R$ 18.900,00 4 Raquete de tênis R$ 4.800,00 R$ 5.280,00 R$ 5.600,00 R$ 6.160,00 Soma R$ 39.650,00 R$ 45.292,00 R$ 42.917,00 R$ 48.421,00 Em seguida, basta substituirmos as somas obtidas nas respectivas fórmulas. Índice de Laspeyres de preço: 108,2396%1,082396 39650 42917 1 11 1 12 n i ii n i ii p qp qp L . Índice de Laspeyres de quantidade: 15 114,2295%1,142295 39650 45292 1 11 1 21 n i ii n i ii q qp qp L . Índice de Laspeyres de valor: 122,1211%1,221211 39650 48421 1 11 1 22 n i ii n i ii v qp qp L . Para escrevermos os índices na forma de porcentagem, basta multiplicarmos cada um deles por 100. É importante ressaltar que, no índice de preços de Laspeyres, temos n i ii qp 1 12 no numerador, o que corresponde às quantidades da data-base multiplicadas pelos preços na data atual. No denominador, temos a expressão n i iiqp 1 11 , que corresponde às quantidades e preços na data-base, ou seja, é o total referente à data-base. Sendo assim, estamos comparando a variação de preços desse conjunto de itens em duas épocas diferentes, mantendo as quantidades da data-base. No caso do índice de Laspeyres de quantidade, fixamos os preços e calculamos a variação da quantidade nas duas datas. Por esse motivo o numerador corresponde a n i iiqp 1 21 e o denominador corresponde a n i iiqp 1 11 . Quanto ao índice de Laspeyres de valor, a medida corresponde à variação tanto da quantidade quanto do preço. Sendo assim, temos a expressão n i ii qp 1 22 no numerador e a expressão n i iiqp 1 11 no denominador. TEMA 5 – ÍNDICE DE PAASCHE O índice de Paasche, também conhecido como índice da época atual, consiste no cálculo da média harmônica ponderada de relativos. No índice de Paasche, os pesos são baseados nos preços e nas quantidades referentes à data atual. O índice de Paasche de preço é calculado por meio da fórmula 16 n i ii n i ii p qp qp P 1 21 1 22 . Essa fórmula considera a relação entre preços e quantidades na data atual com as quantidades atuais e os preços na data-base. Podemos dizer então que esse índice de preço fornece a porcentagem de quanto será gasto para adquirirmosas mesmas quantidades da data-base com preços atuais quando comparadas às quantidades e aos preços da data-base. O índice de Paasche de quantidade corresponde a n i ii n i ii p qp qp P 1 12 1 22 . Nesse caso, estamos analisando a variação da quantidade em relação aos preços atuais. No numerador temos o valor atual, e no denominador, o valor necessário para adquirirmos as quantidades da data anterior. O índice de Paasche de valor é dado por n i ii n i ii p qp qp P 1 11 1 22 . Esse índice compara a variação de preço e de quantidade em relação às duas datas. Vamos acompanhar o exemplo da indústria de artigos esportivos para compreendermos como é possível calcularmos os índices de Paasche de preço, quantidade e valor. Uma indústria de artigos esportivos fez alterações nos preços de alguns de seus produtos e, consequentemente, teve alterações nas respectivas demandas (quantidades). A tabela a seguir apresenta essa situação. 17 Tabela 11 – Representação do exemplo i Produto Preço 1 Preço 2 Quantidade 1 Quantidade 2 1 Bola de basquete R$ 49,90 R$ 59,90 100 80 2 Bola de futebol R$ 62,00 R$ 59,90 230 310 3 Chuteira R$ 120,00 R$ 135,00 130 140 4 Raquete de tênis R$ 240,00 R$ 280,00 20 22 A partir dessas informações, calcule os índices de Paasche de preço, quantidade e de valor. Precisamos construir uma tabela contendo os valores de p1.q1, p1.q2, p2.q1 e p2.q2 e também contendo as respectivas somas. Tabela 12 – Resolução do exemplo i Produto p1.q1 p1.q2 p2.q1 p2.q2 1 Bola de basquete R$ 4.990,00 R$ 3.992,00 R$ 5.990,00 R$ 4.792,00 2 Bola de futebol R$ 14.260,00 R$ 19.220,00 R$ 13.777,00 R$ 18.569,00 3 Chuteira R$ 15.600,00 R$ 16.800,00 R$ 17.550,00 R$ 18.900,00 4 Raquete de tênis R$ 4.800,00 R$ 5.280,00 R$ 5.600,00 R$ 6.160,00 Soma R$ 39.650,00 R$ 45.292,00 R$ 42.917,00 R$ 48.421,00 Com base nessas somas, podemos calcular os índices de Paasche. Índice de Paasche de preço: 106,9085%1,069085 45292 48421 1 21 1 22 n i ii n i ii p qp qp P . Índice de Paasche de quantidade: 112,8248%1,128248 42917 48421 1 12 1 22 n i ii n i ii p qp qp P . 18 Índice de Paasche de valor: 122,1211%1,221211 39650 48421 1 11 1 22 n i ii n i ii p qp qp P . FINALIZANDO Chegamos ao final da nossa terceira aula de Métodos Quantitativos. Vimos o que são relativos e que podemos usar relativos para compararmos variações entre dois números associados a um item. Essa variação pode ser de preço, de quantidade ou de valor. Vimos também que quando temos dois ou mais itens, precisamos utilizar os índices agregativos. Esses índices podem ser ponderados ou não. O mais simples deles é o índice de Bradstreet. Esse índice considera a razão entre as somas dos valores em duas datas distintas a serem calculados. Temos também os índices de Sauerbeck. Esses índices são calculados a partir dos relativos de preço, de quantidade ou de valor, e para esses cálculos é possível utilizarmos a média aritmética, geométrica ou harmônica. Quando precisamos de índices ponderados, ou seja, índices que levam em consideração a importância dos itens no conjunto em que eles estão inseridos, é possível utilizarmos os índices de Laspeyres ou de Paasche. Os índices de Laspeyres são conhecidos como índices da época-base, e os de Paasche, como índices da época atual. Por meio desses índices é possível estudarmos variações que ocorrem em preços, quantidades ou valores. 19 REFERÊNCIAS CASTANHEIRA, N. P. Matemática aplicada. 3. ed. Curitiba: Ibpex, 2010. DEMANA, F. D.; WAITS, B. K.; FOLEY, G. D.; KENNEDY, D. Pré-cálculo. 2. ed. São Paulo: Pearson, 2013. FLEMING, D. M.; GONÇALVES, M. B. Cálculo A: função de uma variável. 2. ed. São Paulo: Pearson, 2007. MÉTODOS QUANTITATIVOS AULA 4 Prof. Ricardo Zannardini 2 CONVERSA INICIAL Olá! Seja muito bem-vindo à quarta aula de Métodos Quantitativos. Nesta aula veremos o que é a regressão linear e alguns exemplos práticos que nos mostrarão como esses conhecimentos podem ser utilizados e a sua importância na resolução de problemas reais. Veremos o que é e como fazer o diagrama de dispersão, como obter a reta de regressão e como calcular o coeficiente de Pearson, que mede a grau de correlação. TEMA 1 – REGRESSÃO LINEAR A regressão linear é utilizada em muitos problemas práticos. Esse método consiste na obtenção de uma função linear que melhor se ajusta a um conjunto de pontos dados, no qual os desvios quadráticos entre os pontos e a função são minimizados. No caso da regressão linear, a função obtida não precisa obrigatoriamente passar pelos pontos dados. Por meio da regressão linear é possível realizarmos estudos relacionados à produção, às vendas, ao consumo de energia, ao desempenho de um atleta, ao fluxo de automóveis em uma determinada região e muitas outras aplicações. Inicialmente podemos pensar em uma pessoa que possui uma barraca de cachorro-quente e, a partir das vendas que ocorreram de segunda a sexta-feira, pretende fazer uma estimativa de vendas para o sábado. Na tabela a seguir é possível acompanhar as quantidades vendidas em cada dia da semana. Tabela 1 – Unidades de cachorro-quente vendidas a cada dia Dia Segunda- feira Terça-feira Quarta- feira Quinta- feira Sexta-feira Quantidade 180 192 206 220 254 A partir desse conjunto de pontos, é possível fazer uma análise das vendas. Podemos perceber que há um aumento a cada dia, mas qual é a taxa de crescimento das vendas? E com base nessas informações, qual é a previsão de vendas para o sábado? É claro que toda previsão está sujeita a erros, mas é uma forma de obtermos informações consistentes que servem de auxílio no processo de tomada de decisão. Nesse caso, a decisão consiste em saber qual é a quantidade ideal de ingredientes a serem adquiridos para que não haja sobra 3 e nem excesso significativo na compra dos itens destinados à produção de cachorros quentes. Para isso, temos alguns passos que podem ser seguidos e que veremos com mais detalhes no decorrer dessa aula. A primeira possibilidade é a representação gráfica do conjunto de pontos associado ao problema. Essa representação é chamada de diagrama de dispersão e pode ser feita manualmente ou com o uso de algum software. Nesta aula utilizaremos o Excel e o GeoGebra. Com base nos pontos, também é possível obtermos a reta de regressão. Sabemos que a forma geral de uma reta é y = ax+b. Sendo assim, veremos como é possível obtermos o coeficiente angular “a” e o coeficiente linear “b”. Temos também o coeficiente de correlação de Pearson. Esse coeficiente fornece o nível de correlação entre os dados e também informa se essa correlação é positiva ou negativa, ou seja, se a reta de regressão é crescente ou decrescente. Tudo isso pode ser feito de maneira bastante simples e tem uma importância muito grande em diversas áreas do conhecimento. Inicialmente veremos o que é o diagrama de dispersão e como podemos construir um. TEMA 2 – DIAGRAMA DE DISPERSÃO O diagrama de dispersão consiste na representação gráfica de um conjunto de pontos da forma (x, y) associados às variáveis x e y. A variável x está associada ao eixo horizontal e a variável y ao eixo vertical de um plano cartesiano. Com base no diagrama de dispersão, é possível visualizar a relação entre as duas variáveis e ter uma noção intuitiva do comportamento dos dados. Considere os dados relacionados às vendas de cachorro-quente apresentados na tabela a seguir. Tabela 2 – Unidades de cachorro-quente vendidas a cada dia Dia Segunda Terça Quarta Quinta Sexta Quantidade
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