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Matemática II Créditos Centro Universitário Senac São Paulo – Educação Superior a Distância Diretor Regional Karen Helena Bueno Lanfranchi Luiz Francisco de Assis Salgado Katya Martinez Almeida Lilian Brito Santos Superintendente Universitário Luciana Marcheze Miguel e de Desenvolvimento Mariana Valeria Gulin Melcon Luiz Carlos Dourado Mayra Bezerra de Sousa Volpato Mônica Maria Penalber de Menezes Reitor Mônica Rodrigues dos Santos Sidney Zaganin Latorre Nathalia Barros de Souza Santos Renata Jessica Galdino Diretor de Graduação Sueli Brianezi Carvalho Eduardo Mazzaferro Ehlers Thiago Martins Navarro Gerentes de Desenvolvimento Coordenador Multimídia e Audiovisual Claudio Luiz de Souza Silva Adriano Tanganeli Roland Anton Zottele Equipe de Design Visual Coordenadora de Desenvolvimento Adriana Matsuda Tecnologias Aplicadas à Educação Camila Lazaresko Madrid Regina Helena Ribeiro Danilo Dos Santos Netto Estenio Azevedo Coordenador de Operação Hugo Naoto Educação a Distância Inácio de Assis Bento Nehme Alcir Vilela Junior Karina de Morais Vaz Bonna Lucas Monachesi Rodrigues Professor Autor Marcela Corrente Eline Dias Moreira Marcio Rodrigo dos Reis Revisor Técnico Renan Ferreira Alves Marcio Coelho Renata Mendes Ribeiro Thalita de Cassia Mendasoli Gavetti Técnico de Desenvolvimento Thamires Lopes de Castro Elizabeth Ribeiro Vandré Luiz dos Santos Victor Giriotas Marçon Coordenadoras Pedagógicas William Mordoch Ariádiny Carolina Brasileiro Silva Izabella Saadi Cerutti Leal Reis Equipe de Design Multimídia Nivia Pereira Maseri de Moraes Cláudia Antônia Guimarães Rett Cristiane Marinho de Souza Equipe de Design Educacional Eliane Katsumi Gushiken Adriana Mitiko do Nascimento Takeuti Elina Naomi Sakurabu Alexsandra Cristiane Santos da Silva Emília Correa Abreu Angélica Lúcia Kanô Fernando Eduardo Castro da Silva Cristina Yurie Takahashi Michel Iuiti Navarro Moreno Diogo Maxwell Santos Felizardo Renan Carlos Nunes De Souza Elisangela Almeida de Souza Rodrigo Benites Gonçalves da Silva Flaviana Neri Wagner Ferri Francisco Shoiti Tanaka João Francisco Correia de Souza Juliana Quitério Lopez Salvaia Kamila Harumi Sakurai Simoes Matemática II Aula 1 Funções e suas propriedades Objetivos Específicos • Conhecer as propriedades das funções elementares. Temas . Introdução 1 Funções Considerações finais Referências Professor Eline Moreira 2 Matemática II Senac São Paulo - Todos os Direitos Reservados Introdução A noção de função foi sendo construída ao longo da história e desde os primórdios é parte do cotidiano do homem. Seu estudo não é restrito apenas à Matemática, fazendo parte dos estudos das Ciências como um todo. Toda função expressa uma relação ou a correspondência entre elementos de conjuntos. Estabelecer tais relações, conhecer os mecanismos e saber utilizá-los nos variados processos consiste em importante ferramenta do administrador nas tomadas de decisões, o que pode inclusive significar o diferencial de um profissional. 1 Funções Para compreendermos os conceitos que envolvem o estudo de Funções, é necessário que vocês realizem a leitura do trecho do capítulo “Funções e suas propriedades” (DEMANA et al., 2013, p. 69-71). Os autores apresentam de uma maneira sintética as definição de fun- ções, notação, domínio e imagem. • DEMANA, F. D. et al. Pré-cálculo. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2013. Quando tratamos de função, é importante determinar os valores possíveis para a variável independente chamada domínio, que podem ser explicitados com números reais (R) ou pertencer a um intervalo determinado. Ao considerar o domínio de uma função, é preciso ficar atento, pois corremos o risco de atribuir valores para a variável x que não possuem imagem real e, portanto, descaracterizariam uma função. Observe: Seja a função dada por f(x) = �𝑥𝑥+1 𝑥𝑥+5 �. Se considerarmos o valor de x = −5, vamos obter f(−5) = �−5+1 −5+5 � = �− 4 0 �, o que não é definido no conjunto dos números reais. Portanto, não é 3 Matemática II Senac São Paulo - Todos os Direitos Reservados possível, em nenhuma hipótese, considerar o valor x = −5 no domínio dessa função. Assim, o domínio é D = {x ϵ R Ι x ≠ −5}, e o contradomínio, CD = R. Na função h(x) = √𝑥𝑥 − 7, se tomarmos o valor x = 2, obteremos h(7) = √2 − 7 = √−5, o que sabemos não ser um número real. Para a raiz quadrada ser definida nos reais, é necessário que o radicando seja um número positivo ou zero. Nesse caso, é preciso que x −7 ou x ≥ 7 . Então, o domínio é D = {x ϵ R Ι x ≥ 7} e o contradomínio é CD = R. 0≥ É preciso observar com atenção as funções que possuem variáveis no denominador ou no radicando de raiz com índice par no momento de definir o domínio. 1.1 Reconhecimento de função por gráfico A partir da representação gráfica em um sistema cartesiano, é possível identificar se uma relação é ou não uma função. Como para cada variável x do domínio (D) deve existir um único y no contradomínio (CD), é possível identificar se um gráfico representa ou não uma função. Basta traçar retas paralelas ao eixo y. Para ser função, cada reta traçada verticalmente por pontos do domínio (D) deve interceptar o gráfico em um único ponto. Veja a figura a seguir: Figura 1: Exemplo de gráfico de função Fonte: HARIKI; ABDOUNUR (1999, p. 38). 4 Matemática II Senac São Paulo - Todos os Direitos Reservados O domínio de uma função é obtido pela projeção da curva sobre o eixo das abscissas (eixo x). A imagem de uma função é obtida pela projeção da curva sobre o eixo das ordenadas (eixo y). 1.2 Crescimento e decrescimento de uma função Quantas são as situações que envolvem funções em seu cotidiano? Será possível enumerá-las? Muitas vezes deparamos com situações diárias que envolvem relação entre grandezas. Assim, o valor a ser pago na conta de telefone depende do consumo no período. Poderíamos enumerar outros milhares de exemplos. Para fixar o preço de um determinado produto, a indústria leva em conta todos os custos para sua produção e distribuição. Esses custos podem ser compostos de: aluguel de prédio, energia, salários e custo de matéria-prima, entre outros. Como eles são variáveis, a indústria precisa “equacionar” essas variáveis para compor o preço final do produto. Vamos utilizar a linguagem matemática para representar essas relações de dependência entre as grandezas, e a elas chamaremos funções. Diariamente, encontramos notícias de baixa ou alta no consumo de bens e serviços. Essa variação depende de vários fatores, como aquecimento da economia e acessibilidade ao crédito, entre outros. Com as funções acontece algo parecido. Para analisar a variação de uma função, atribuímos os valores do domínio e observamos o comportamento da imagem. Assim, se aumentando os valores da variável independente os valores da imagem também aumentam, encontraremos uma função crescente. Ao contrário, se aumentando os valores da variável independente os valores da imagem diminuem, encontraremos uma função decrescente. Pode acontecer também de aparecer uma função constante quando, aumentando os valores da variável independente, os valores da imagem permanecerem inalterados. Na reportagem “Renda de mulheres cresce 83%, mas homens lideram”, Rolli (2013) mostra que existe uma relação de dependência crescente entre as variáveis − aumento de 5 Matemática II Senac São Paulo - Todos os Direitos Reservados renda e aumento de consumo; logo, temos aí o exemplo de função crescente. Imaginemos que Rolli também tivesse verificado que para alcançar esse aumento de renda as mulheres teriam desfrutado de menos tempo de lazer (pois teriam dedicado mais tempo ao trabalho). Nesse caso, a relação entre as variáveis seria decrescente − aumento de renda e diminuição do lazer – logo, estaríamos diante de uma função decrescente. Para ler a reportagem na íntegra,acesse o link disponível na Midiateca. Para finalizar, é importante destacar que: Uma função f é crescente em um intervalo A de seu domínio D se, e somente se, para quaisquer valores x1 e x2 pertencentes a A, com x1 < x2, tivermos f(x1) < f(x2). Uma função f é decrescente num intervalo A de seu domínio D se, e somente se, para quaisquer valores x1 e x2 pertencentes a A, com x1 < x2, tivermos f(x1) > f(x2). Considerações finais Pudemos aqui rever conceitos, notações, identificação, crescimento e decrescimento de funções. Trabalhamos de forma prática e contextualizada para que se pudessem compreender os estudos iniciais sobre o tema, também visto no Ensino Médio. Foi muito importante relembrar que toda função estabelece um tipo de relação de dependência, e isso deve permanecer ao longo de toda a disciplina de Matemática II. Agora falando em termos de Administração... toda função relaciona: preço × quantidade, oferta × demanda, oferta × preço, preço × demanda, safra × preço de grãos, consumo × preço de mercado, preço × investimentos em sustentabilidade, entre tantos outros. É isso que estudaremos nas próximas aulas. É fundamental realizar a leitura complementar sugerida. Bons estudos e até breve! 6 Matemática II Senac São Paulo - Todos os Direitos Reservados Referências DEMANA, F. D.; WAITS, B. K.; FOLEY, G. D.; KENNEDY, D. Pré-cálculo. São Paulo: Pearson, 2013. HARIKI, S.; ABDOUNUR, O. J. Matemática aplicada: administração, economia e contabilidade. São Paulo: Saraiva, 1999. ROLLI, C. Renda de mulheres cresce 83%, mas homens lideram. 2013. Folha de São Paulo: Economia. Disponível em: <http://www1.folha.uol.com.br/mercado/1240722-renda-de- mulheres-cresce-83-mas-homens-lideram.shtml>. Acesso em: mar. 2013. Ma temática II Aula 2 Funções do 1º e do 2º graus . Objetivos Específicos • Entender a aplicação das funções em diferentes contextos. Temas Introdução 1 Funções do 1º grau 2 Funções do 2º grau Considerações finais Referências Professora Eline Dias Moreira 2 Matemática II Senac São Paulo - Todos os Direitos Reservados Introdução Vimos que a noção de Função foi se construindo ao longo da história. Nesta aula, veremos algumas aplicações sobre as Funções de 1° e 2° graus utilizadas nas áreas de administração, economia e finanças. Estabelecer as relações, por exemplo, entre oferta, demanda, custo, receita, lucro, prejuízo, preço e quantidade, fornece subsídios para a tomada de decisões importantes no dia a dia do administrador. 1 Funções do 1°grau Para compreendermos os conceitos que envolvem o estudo de Funções do 1° e 2° graus é necessário que leiam o trecho do capítulo “Funções do 1° e do 2° graus” (DEMANA et al., 2013, p. 93-96). • DEMANA, F. D. et al. Pré-cálculo. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2013. A função do 1° grau, também conhecida como função linear, é definida em R e dada por f(x) = Ax + B, sendo A e B números reais. O gráfico de uma função linear é representado por uma reta. Exemplo: f(x) = y = 2x + 1, x ∈ R Tabela 1: Função linear. x 0 1 2 3 4 y = 2x + 1 1 3 5 7 9 3 Matemática II Senac São Paulo - Todos os Direitos Reservados Cada unidade acrescida à variável x implica um aumento de duas unidades na variável y (pois A = 2). Graficamente, teremos: Gráfico 1: Representação gráfica de função linear Fonte: Elaborado pelo autor. Há casos particulares da função linear: a) Quando A = 0, a equação y = Ax + B fica reduzida a y = B. A função dada por y = B recebe o nome de função constante, uma vez que o valor de y não varia com o aumento de x. O gráfico é sempre representado por uma reta horizontal e paralela ao eixo x. b) Quando B = 0, a equação y = Ax + B fica reduzida a y = Ax. A função dada por y = Ax é representada por uma reta que passa pela origem dos eixos x e y. 4 Matemática II Senac São Paulo - Todos os Direitos Reservados 1.1 Construção do gráfico de uma função linear a partir da função Para construir o gráfico de uma função linear utilizaremos o seguinte exemplo: y = 4x – 1, para x ∈ R. Como o gráfico da função linear é uma reta, bastam dois pontos para determiná-la: Logo, podemos construir uma tabela para melhor visualização. Tabela 2: Função linear a partir de função. x 0 1 y = 4x – 1 – 1 3 Cada unidade acrescida à variável x implica um aumento de quatro unidades na variável y, (pois A = 4). Graficamente, teremos: Gráfico 2: Representação gráfica de função linear a partir de função 5 Matemática II Senac São Paulo - Todos os Direitos Reservados Há diversas aplicações das funções lineares. A seguir daremos um exemplo. Um comerciante compra 100 unidades de um produto por R$ 40,00 a unidade. Acrescenta 50% ao custo unitário de R$ 40,00 e passa a vender o produto para seus clientes. Calcule a receita do comerciante em função das unidades vendidas do produto. Solução: Cálculo do preço de venda: • Custo por unidade: R$ 40,00 • Acréscimo: 50% × R$ 40,00 = R$ 20,00 • Preço de venda: R$ 40,00 + R$ 20,00 = R$ 60,00 Logo, a receita R por unidade vendida é R$ 60,00 e, portanto, para q unidades devemos ter R = 60 × q. 2 Funções do 2°grau Será que as Funções do 2° grau têm o mesmo comportamento das Funções do 1° grau? Será que possuem a mesma forma de construção gráfica? 6 Matemática II Senac São Paulo - Todos os Direitos Reservados A função do 2° grau, também conhecida como função quadrática, é definida em R e dada por f(x) = Ax2 + Bx + C, sendo A, B e C números reais e A ≠ 0. O gráfico de uma função quadrática é representado por uma parábola que tem concavidade voltada para cima, caso A seja positivo, e concavidade para baixo, caso A seja negativo. Exemplo: f(x) = y = 2x2 + 1, x ∈ R Gráfico 3: Representação gráfica de função quadrática “A positivo” Fonte: Elaborado pelo autor. Exemplo: f(x) = y = –2x2 + 1, x ∈ R 7 Matemática II Senac São Paulo - Todos os Direitos Reservados Gráfico 4: Representação gráfica de função quadrática “A negativo” Fonte: Elaborado pelo autor. 2.1 Construção do gráfico de uma função quadrática Para construir o gráfico de uma função quadrática utilizaremos o seguinte exemplo: Construir o gráfico da função dada por y = –2x2, para x ∈ R e A ≠ 0 Solução: a) Cruzamento com o eixo x: faça y = 0 Então: –2x2 = 0 (equação do 2° grau) –2x2 = 0 → x2 = 𝟎𝟎 −𝟐𝟐 x2 = 0 → x = ±√𝟎𝟎 = 0 A parábola toca o eixo x no ponto x = 0 b) Cruzamento com o eixo y: faça x = 0 Então: y = –2(0)2 = 0 A parábola cruza o eixo y no ponto (0, 0). c) Vértice e eixo de simetria 𝒙𝒙 = −𝑩𝑩 𝟐𝟐𝟐𝟐 = − (𝟎𝟎) 𝟐𝟐𝒙𝒙𝟐𝟐 = 𝟎𝟎 𝒆𝒆 𝒚𝒚 = −∆ 𝟒𝟒𝟐𝟐 = −𝟎𝟎 𝟒𝟒𝒙𝒙𝟐𝟐 = 𝟎𝟎 Se Δ = b² – 4 × a × c , então Δ = (0)² – 4 × (–2) × 0 , portanto Δ = 0 8 Matemática II Senac São Paulo - Todos os Direitos Reservados O eixo vertical de simetria passa por x = 0 e é, portanto, o próprio eixo y. Resumindo as informações, teremos: Gráfico 5: Representação gráfica de função quadrática Há diversas aplicações das funções quadráticas. A seguir daremos um exemplo. A quantidade vendida de um bem está relacionada a seu preço, segundo a Função linear: q = 10 000 – 5p, 𝟐𝟐𝟎𝟎 ≤ 𝒑𝒑 ≤ 𝟐𝟐𝟎𝟎 Para cada preço p fixado, a receita obtida com a venda da quantidade correspondente q do bem é o produto da quantidade pelo preço unitário: R = p × q. Descreva a receita como função da quantidade q. Solução: Como a receita é calculada como R = p × q e a quantidade por q = 10 000 – 5p para 𝟐𝟐𝟎𝟎 ≤ 𝒑𝒑 ≤ 𝟐𝟐𝟎𝟎, então, substituindo q em R , temos: 9 Matemática II Senac São Paulo - Todos os Direitos Reservados R = p × (10 000 – 5p), com 𝟐𝟐𝟎𝟎 ≤ 𝒑𝒑 ≤ 𝟐𝟐𝟎𝟎 ou R = 10 000p – 5p2, com 𝟐𝟐𝟎𝟎 ≤ 𝒑𝒑 ≤ 𝟐𝟐𝟎𝟎 A receita é uma função quadrática do preço de venda do bem. A parábola fica bemcaracterizada quando conhecemos seu cruzamento com os eixos e seu vértice. O vértice da parábola posiciona seu eixo de simetria vertical. Considerações finais Nesta aula tivemos a oportunidade de identificar, diferenciar, verificar a construção gráfica e visualizar situações cotidianas de aplicações de Funções de 1° e 2° graus. Trabalhamos de forma prática e contextualizada para que pudesse compreender as aplicações e a utilização dessas funções em diferentes contextos. No dia a dia de um administrador, diversas situações de relações, conhecidas por funções, são experienciadas a todo instante. Podemos exemplificar: a composição dos salários dependendo do tempo trabalhado ou talvez de horas extras realizadas, a composição do 13° salário dependendo do período anual trabalhado, o cálculo do índice de participação nos lucros dependendo da lucratividade anual da empresa, entre outros. Daí a importância dos estudos relacionados ao tema. Vamos lá... agora é a sua vez, realize a leitura sugerida no início da aula e bons estudos! Referências DEMANA, F. D. et al. Pré-cálculo. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2013. HARIKI, S.; ABDOUNUR, O. J. Matemática aplicada: administração, economia e contabilidade. São Paulo: Saraiva, 1999. Matemática II Aula 3 Funções polinomiais . Objetivos Específicos • Entender o comportamento gráfico, as raízes e limites de uma função polinomial. Temas Introdução 1 Funções Polinomiais Considerações finais Referências Professora Eline Dias Moreira 2 Matemática II Senac São Paulo - Todos os Direitos Reservados Introdução Na aula anterior, recordamos as funções de 1° e 2° graus. Vimos que a função de 1° grau é representada, graficamente, por uma reta. Vimos também que a função de 2° grau é representada, graficamente, por uma parábola. Nesta aula, trataremos das funções polinomiais, identificando o comportamento, os limites e as raízes. 1 Funções polinomiais Para compreendermos os conceitos que envolvem o estudo de funções polinomiais, é necessário que realizem a leitura do trecho do capítulo “Funções polinomiais” (DEMANA et al., 2013, p. 115-117). Os autores apresentam, de maneira sintética, o comportamento, os limites e as raízes da função polinomial. • DEMANA, F. D. et al. Pré-cálculo. São Paulo: Pearson, 2013. Função polinomial é aquela cuja fórmula matemática é expressa por um polinômio. Essas funções aparecem com frequência em diversos tipos de problemas, tanto na Matemática como na Administração ou em outras Ciências. É muito comum aparecerem em situações reais do dia a dia. Podemos dizer que f é uma função polinomial de grau n se: f(x) = a0xn + a1xn-1 + a2xn-2 + a3xn-3 + ...+ an-1x1 + an, sendo a0, a1, a2, a3, …, an todos números reais com a0 ≠ 0 para garantir o grau n. Veja os exemplos a seguir: a) A função f(x) = 12 é uma função polinomial de grau 0, conhecida como função constante. É representada, graficamente, por uma reta horizontal e paralela ao eixo x, pois, em qualquer valor de x, teremos f(x) = 12. 3 Matemática II Senac São Paulo - Todos os Direitos Reservados b) A função f(x) = x – 2 é uma função polinomial de grau 1, conhecida como função linear. É representada, graficamente, por uma reta. c) A função f(x) = x2 – 4x + 3 é uma função polinomial de grau 2, conhecida como função quadrática. É representada, graficamente, por uma parábola. d) A função f(x) = x3 + 2x2 + 7x + 12 é uma função polinomial de grau 3. E assim, sucessivamente, podemos ter funções polinomiais de grau n. A construção dos gráficos das funções polinomiais de graus maiores do que 3 não é feita com recursos elementares. Utilizam-se conceitos de derivadas e limites, que veremos nas próximas aulas. 1.1 Comportamento gráfico de uma função polinomial Uma maneira prática a ser utilizada quando se quer saber o comportamento gráfico de uma função, em um determinado intervalo do domínio, é atribuir vários valores para x dentro do intervalo, de forma que sejam muito próximos uns dos outros. Para tanto, geralmente utiliza-se algum aplicativo de microinformática. Vamos utilizar o exemplo a seguir: Digamos que queremos saber o comportamento gráfico da função f(x) = x5 – 5x – 6 dentro do intervalo do domínio [–2, 2]. Vamos atribuir a x os valores: –2; –1,9; –1,8; –1,7; –1,6; ... ; 1,6; 1,7; 1,8; 1,9; 2.: 4 Matemática II Senac São Paulo - Todos os Direitos Reservados Figura 1: Gráfico da função f(x) = x5 – 5x – 6 , no intervalo [–2, 2] Fonte: MORETTIN; HAZZAN; BUSSAB (2003, p. 83). Encontrar as raízes de uma função f significa encontrar os valores de x por onde o gráfico de y = f(x) intercepta o eixo horizontal x, que representam as soluções da equação f(x) = 0. Uma boa dica é fatorar a função polinomial como veremos a seguir. 1.2 Raízes de uma função polinomial Como efetuar a fatoração de um polinômio de grau 3, por exemplo? Temos inúmeros exemplos de funções polinomiais envolvendo diferentes graus. Escolhemos aqui encontrar as raízes de uma função polinomial de grau 3. Seja f(x) = x3 – x2 – 6x a função polinomial na qual queremos encontrar suas raízes. • Solução algébrica Primeiramente resolvemos a equação f(x) = 0 fatorando: x3 – x2 – 6x = 0 x(x2 – x – 6) = 0 5 Matemática II Senac São Paulo - Todos os Direitos Reservados x(x – 3)(x + 2) = 0 x = 0 ou x = 3 ou x = –2 Portanto, as raízes da função polinomial são 0, 3 e –2 • Solução gráfica Você pode usar um aplicativo de microinformática, uma calculadora com esse recurso ou esboçar manualmente o gráfico da função. Confira na Figura 2. Figura 2: Gráfico da função polinomial f(x) = x3 – x2 – 6x Note que a função representada no gráfico da Figura 2 intercepta o eixo x (das abscissas) nos pontos (–2; 0), (0; 0) e (3; 0) exatamente nos valores encontrados também na solução algébrica conhecidos por raízes ou zeros da função. 6 Matemática II Senac São Paulo - Todos os Direitos Reservados 1.3 Limites superior e inferior das raízes de uma função polinomial Um número k é um limite superior para raízes reais de f se f(x) = y não for zero, quando x for maior do que k. Da mesma forma, um número k é um limite inferior para raízes reais de f se f(x) = y não for zero, quando x for menor do que k. Assim, se c é um limite inferior e d é um limite superior para as raízes reais de uma função f, então todas as raízes reais de f precisam estar no intervalo [c, d]. Teste dos limites superior e inferior de raízes reais Seja f uma função polinomial de grau n ≥ 1 com um coeficiente principal positivo, supondo f(x) dividido por x – k, usando o método de Briot Ruffini. Esse método é estudado no Ensino Médio – faz parte do componente curricular. − Se k ≥ 0 e todos os números na segunda linha não são negativos (sendo positivos ou zero), então k é um limite superior para as raízes reais de f. − Se k ≤ 0 e os números na segunda linha são alternadamente não negativos e não positivos, então k é um limite inferior para as raízes reais de f. Tomemos um exemplo do livro Pré-cálculo (DEMANA et al., 2013, p. 30). Faça os cálculos e prove que todas as raízes reais de f(x) = 2x4 – 7x³ – 8x² + 14x + 8 pertencem ao intervalo [–2, 5]. Solução: Precisamos provar que 5 é um limite superior e que –2 é um limite inferior para as raízes reais de f. A função f tem um coeficiente principal positivo; assim, podemos aplicar o teste dos limites superior e inferior de raízes reais e usar o método de Briot Ruffini. Esse método é estudado no Ensino Médio – faz parte do componente curricular. 2 –7 –8 14 8 5 2 3 7 49 253 7 Matemática II Senac São Paulo - Todos os Direitos Reservados 2 –7 –8 14 8 –2 2 –11 14 –14 36 Como na segunda linha da primeira divisão temos todos os números não negativos, então 5 é um limite superior. Comona segunda linha da segunda divisão temos números alternando o sinal, então –2 é um limite inferior. Portanto, todas as raízes reais de f precisam estar no intervalo fechado [–2, 5]. Considerações finais Vimos, nesta aula, o comportamento gráfico, as raízes e os limites superior e inferior das raízes das funções polinomiais. Relembramos também a utilização do método de Briot Ruffini, que nos permitiu identificar os limites inferior e superior da função. Todos esses estudos nos servirão de base para as próximas aulas. Realize, sempre, uma releitura atenta da aula para que o tema fique claro para você! Bons estudos! Referências DEMANA, F. D. et al. Pré-cálculo. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2013. HARIKI, S.; ABDOUNUR, O. J. Matemática aplicada: administração, economia e contabilidade. São Paulo: Saraiva, 1999. MORETTIN, P. A.; HAZZAN, S.; BUSSAB, W. O. Cálculo: funções de uma e várias variáveis. São Paulo: Saraiva, 2003. Matemática II Aula 4 Limites: cálculos de velocidades . Objetivos Específicos • Entender o conceito de limite de funções em cálculos de velocidades Temas Introdução 1 Noção intuitiva de limite 2 Limites: Cálculo de velocidade Considerações finais Referências Professora Eline Dias Moreira 2 Matemática II Senac São Paulo - Todos os Direitos Reservados Introdução Em diversas situações cotidianas, deparamos com situações que envolvem representações gráficas. Se você olhar para o jornal de hoje, por exemplo, poderá verificar que grande parte das matérias utilizam recursos gráficos. Há grande interesse nos estudos do comportamento das funções em diferentes pontos do gráfico. O estudo pontual das várias curvas pode fornecer, por exemplo, o lucro em uma determinada mercadoria quando a produção tende a um determinado valor considerado ideal. Esse estudo é conhecido como limite de funções. O conceito de limite de funções é importante na determinação do comportamento de funções nas vizinhanças de um ponto fora do domínio, no comportamento de funções quando x aumenta muito, isto é, tende a mais infinito, ou diminui muito, isto é, tende a menos infinito. Além disso, esse conceito é utilizado em derivadas, tema das próximas aulas. 1 Noção intuitiva de limite Antes mesmo de iniciarmos os estudos sobre limites em cálculos de velocidades faremos, a seguir, uma retomada à noção intuitiva de limite. Intuitivamente, dada uma função f(x) e um ponto b do domínio, dizemos que o limite da função é l quando x tende a b pela direita (𝒙𝒙 → 𝒃𝒃+) se, à medida que x se aproxima de b pela direita (isto é, por valores superiores a b), os valores de f(x) se aproximam de L. Simbolicamente, escrevemos: 𝐥𝐥𝐥𝐥𝐥𝐥 𝒙𝒙→𝒃𝒃+ 𝒇𝒇(𝒙𝒙) = 𝑳𝑳 Analogamente, dizemos que o limite da função é M quando x tende a b pela esquerda (𝒙𝒙 → 𝒃𝒃−) se, à medida que x se aproxima de b pela esquerda (isto é, por valores inferiores a b), os valores de f(x) se aproximam de M. Simbolicamente, escrevemos: 𝐥𝐥𝐥𝐥𝐥𝐥 𝒙𝒙→𝒃𝒃− 𝒇𝒇(𝒙𝒙) = 𝑴𝑴 Seja a função f(x) = 2x + 1, vamos dar valores para x que se aproximem de 1, pela sua direita (Valores maiores que 1) e pela sua esquerda (Valores menores que 1), e calcular y. 3 Matemática II Senac São Paulo - Todos os Direitos Reservados x y = 2x + 1 1,5 4 1,3 3,6 1,1 3,2 1,05 3,1 1,02 3,04 1,01 3,02 x y = 2x + 1 0,5 2 0,7 2,4 0,9 2,8 0,95 2,9 0,98 2,96 0,99 2,98 Gráfico 1: Valores maiores e menores que 1 À medida que x se aproxima de 1, y se aproxima de 3, ou seja, quando x tende a 1 (𝑥𝑥 → 1), y tende a 3 ( 𝑦𝑦 → 3), então temos a notação ... lim(2𝑥𝑥 + 1) = 3 𝑥𝑥→1 Genericamente temos... lim 𝑓𝑓(𝑥𝑥) = b 𝑥𝑥→𝑎𝑎 … mesmo que em alguns casos para x = a resulte y ≠ b. Vejamos agora um exemplo: 2 𝑓𝑓( ( )𝑥𝑥) = 𝑥𝑥 +𝑥𝑥−2 ; 𝑥𝑥 ≠ 1, 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 𝑥𝑥2 + 𝑥𝑥 − 2 = (𝑥𝑥 − 1)(𝑥𝑥 + 2) → 𝑥𝑥−1 (𝑥𝑥+2) ; 𝑥𝑥 ≠ 1 𝑥𝑥−1 𝑥𝑥−1 Podemos notar que para 𝑥𝑥 → 1, 𝑓𝑓(𝑥𝑥) → 3. Ocorre que procuramos o comportamento da função quando x tende a 1 (𝑥𝑥 → 1); logo, temos lim 𝑓𝑓(𝑥𝑥) = 3. 𝑥𝑥→1 4 Matemática II Senac São Paulo - Todos os Direitos Reservados Comprovando... lim 𝑥𝑥→1 𝑓𝑓(𝑥𝑥) = lim 𝑥𝑥→1 (𝑥𝑥−1)(𝑥𝑥+2) 𝑥𝑥−1 = lim 𝑥𝑥→1 (𝑥𝑥 + 2) = 1 + 2 = 3, em que (x + 2), agora poderá ser chamada de g(x). Se 𝑔𝑔:𝑅𝑅 → 𝑅𝑅 𝑒𝑒 𝑔𝑔(𝑥𝑥) = 𝑥𝑥 + 2, lim 𝑥𝑥→1 𝑔𝑔(𝑥𝑥) = lim 𝑥𝑥→1 (𝑥𝑥 + 2) = 1 + 2 = 3, 𝑒𝑒𝑐𝑐𝑒𝑒𝑐𝑐𝑒𝑒𝑒𝑒 𝑔𝑔(𝑥𝑥) ≠ 𝑓𝑓(𝑥𝑥) 𝑒𝑒𝑐𝑐 𝑥𝑥 = 1. No entanto, ambas têm o mesmo limite: Gráfico 2: Igualdade de limites Fonte: Elaborado pelo autor. 2 Limites: cálculo de velocidades Para compreendermos os conceitos que envolvem o estudo de Limites, é necessário que realizem a leitura do trecho do capítulo “Limites: cálculo de velocidades” (DEMANA et al., 2013, p. 233-235). Os autores apresentam de maneira sintética definição de funções, notação, domínio e imagem. DEMANA, F. D. et al. Pré-cálculo. São Paulo: Pearson, 2013. 5 Matemática II Senac São Paulo - Todos os Direitos Reservados Vamos aqui utilizar a aplicação de cálculos de velocidades para estudar limites. Sabe-se que Galileu fez experimentos com a gravidade rolando uma bola em um plano inclinado e registrando sua velocidade em função do tempo decorrido. Supõe-se que ele tenha investigado a mesma situação que veremos a seguir. Uma bola rola uma distância de 10 metros em 5 segundos. Qual é a velocidade da bola no instante de 2 segundos após ter começado a rolar? Cabe aqui uma observação: Bem, então a bola teria velocidade zero porque está congelada! Essa abordagem parece insignificante, já que, evidentemente, a bola está se movendo. Essa é uma pergunta complicada? Ao contrário, é na verdade uma pergunta profunda; é exatamente a que Galileu (entre muitos outros) estava tentando responder. (DEMANA et al., 2013, p. 235) Para calcular a velocidade média procedemos assim: 𝒗𝒗𝒎𝒎é𝒅𝒅𝒅𝒅𝒅𝒅 = ∆𝑺𝑺∆𝒕𝒕 𝒗𝒗𝒎𝒎é𝒅𝒅𝒅𝒅𝒅𝒅 = 𝟏𝟏𝟏𝟏𝒎𝒎 𝟓𝟓𝟓𝟓 = 𝟐𝟐 𝒎𝒎/𝟓𝟓 No entanto, o mesmo não procede no cálculo da velocidade instantânea. Veja a seguir: 𝒗𝒗 𝒅𝒅𝒊𝒊𝟓𝟓𝒕𝒕𝒅𝒅𝒊𝒊𝒕𝒕â𝒊𝒊𝒏𝒏𝒅𝒅 = 𝟏𝟏 𝒎𝒎𝟏𝟏 𝟓𝟓 Não conseguimos aplicar a álgebra no caso da velocidade instantânea porque envolve divisão por zero, que é indefinida. Segundo Demana et al. (2013, p. 235), “Galileu fez o melhor que pôde para tornar o ∆𝒕𝒕 o menor possível experimentalmente, medindo os valores pequenos de ∆𝑺𝑺, e então encontrado os quocientes”. Agora vamos retomar parte do texto do exercício utilizando, desta vez, os limites para evitar divisão por zero. Uma bola rola por uma rampa de modo que a distância S a partir do topo e depois de t segundos é exatamente 𝒕𝒕𝟐𝟐 metros. Qual é a velocidade instantânea depois de 5 segundos? Vamos calcular a velocidade média em intervalos de tempo cada vez menores a fim de verificar o comportamento da função: a) No intervalo [5; 5,1] 𝒗𝒗 𝒎𝒎 = ∆𝑺𝑺∆𝒕𝒕 = (𝟓𝟓,𝟏𝟏)𝟐𝟐− 𝟓𝟓𝟐𝟐 𝟓𝟓,𝟏𝟏−𝟓𝟓 = 𝟐𝟐𝟐𝟐,𝟏𝟏𝟏𝟏−𝟐𝟐𝟓𝟓 𝟏𝟏,𝟏𝟏 = 𝟏𝟏,𝟏𝟏𝟏𝟏 𝟏𝟏,𝟏𝟏 = 𝟏𝟏𝟏𝟏,𝟏𝟏 𝒎𝒎/𝟓𝟓 6 Matemática II Senac São Paulo - Todos os Direitos Reservados b) No intervalo [5; 5,01] 𝒗𝒗 𝒎𝒎 = ∆𝑺𝑺∆𝒕𝒕 = (𝟓𝟓,𝟏𝟏𝟏𝟏)𝟐𝟐− 𝟓𝟓𝟐𝟐 𝟓𝟓,𝟏𝟏𝟏𝟏−𝟓𝟓 = 𝟐𝟐𝟓𝟓,𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏−𝟐𝟐𝟓𝟓 𝟏𝟏,𝟏𝟏𝟏𝟏 = 𝟏𝟏,𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏 𝟏𝟏,𝟏𝟏𝟏𝟏 = 𝟏𝟏𝟏𝟏,𝟏𝟏𝟏𝟏 𝒎𝒎/𝟓𝟓 Concluímos que a velocidade instantânea deve ser 10 m/s. No entanto, podemos verificar o quociente tratando-o como um limite de velocidade média no intervalo [5, t], quando t se aproxima de 5: 𝒗𝒗 = 𝐥𝐥𝐥𝐥𝐥𝐥 𝜟𝜟𝒕𝒕 →𝟏𝟏 ∆𝑺𝑺 ∆𝒕𝒕 = 𝐥𝐥𝐥𝐥𝐥𝐥 𝒕𝒕→𝒅𝒅 𝑺𝑺(𝒕𝒕) − 𝑺𝑺(𝒅𝒅) 𝒕𝒕 − 𝒅𝒅 Para t se aproximando de S: 𝐥𝐥𝐥𝐥𝐥𝐥 𝒕𝒕→𝟓𝟓 𝑺𝑺(𝒕𝒕)− 𝑺𝑺(𝟓𝟓) 𝒕𝒕−𝟓𝟓 = = 𝐥𝐥𝐥𝐥𝐥𝐥 𝒕𝒕→𝟓𝟓 ∆𝑺𝑺 ∆𝒕𝒕= 𝐥𝐥𝐥𝐥𝐥𝐥 𝒕𝒕→𝟓𝟓 𝒕𝒕 𝟐𝟐− 𝟓𝟓𝟐𝟐 𝒕𝒕−𝟓𝟓 = 𝐥𝐥𝐥𝐥𝐥𝐥 𝒕𝒕→𝟓𝟓 (𝒕𝒕+𝟓𝟓)(𝒕𝒕−𝟓𝟓) 𝒕𝒕−𝟓𝟓 = 𝐥𝐥𝐥𝐥𝐥𝐥 𝒕𝒕→𝟓𝟓 (𝒕𝒕 + 𝟓𝟓) = 𝟏𝟏𝟏𝟏 m/s Considerações finais Vimos a noção intuitiva e o conceito de limites, bem como a aplicação de limites em cálculos de velocidades. Trabalhamos de forma prática e contextualizada para que se pudessem compreender os estudos iniciais sobre o tema, que terá continuação nas próximas aulas. Podemos chamar essa aula de introdutória aos estudos subsequentes sobre limites e derivadas. Mais adiante veremos muitas aplicações em que utilizamos limites em Administração e Economia. É muito importante estar atento a cada detalhe trabalhado nessa aula e, assim que possível, realizar a releitura sobre o tema. Até breve! Referências DEMANA, F. D. et al. Pré-cálculo. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2013. HARIKI, S.; ABDOUNUR, O. J. Matemática aplicada: administração, economia e contabilidade. São Paulo: Saraiva, 1999. Matemática II Aula 5 Limites: cálculo no infinito . Objetivos Específicos • Entender o conceito de limites infinitos para determinar o comportamento das funções. Temas Introdução 1 Limites infinitos Considerações finais Referências Professora Eline Dias Moreira 2 Matemática II Senac São Paulo - Todos os Direitos Reservados Introdução Na aula anterior, salientamos a importância do estudo das representações gráficas. Os estudos do comportamento das funções em diferentes pontos do gráfico, inclusive em pontos do infinito, são fundamentais para compreensão e análises. O estudo pontual das diversas curvas pode nos fornecer, por exemplo, a demanda de determinado produto quando a quantidade ou o preço tendem a um certo valor considerado ideal. Esse estudo é conhecido como limites de funções e, aqui em particular, limites infinitos. O conceito de limite de funções é necessário na determinação do comportamento de funções nas vizinhanças de um ponto fora do domínio, no comportamento de funções quando x aumenta muito, isto é, tende ao infinito, ou diminui muito, isto é, tende a menos infinito. Além disso, esse conceito é utilizado em derivadas, tema das próximas aulas. 1 Limites infinitos Para compreendermos os conceitos que envolvem o estudo de Limites Infinitos, é necessário que realizem a leitura do trecho do capítulo “Limites” (DEMANA et al., 2013, p. 238-242). Os autores apresentam de maneira sintética a definição e o cálculo de limites infinitos. DEMANA, F. D. et al. Pré-cálculo. São Paulo: Pearson, 2013. Consideramos a função 𝑓𝑓(𝑥𝑥) = 6 𝑥𝑥−2 definida para os reais diferentes de 2. Vejamos o que acontece com a função nas “vizinhanças” de 2. Calculemos o limite de 𝑓𝑓(𝑥𝑥) quando x tende a 2 pela direita, atribuindo ao x valores sucessivos que convirjam para 2 pela direita, veja: (2,1; 2,01; 2,001; ...) 3 Matemática II Senac São Paulo - Todos os Direitos Reservados 𝑓𝑓(2,1) = 6 0,1 = 60 𝑓𝑓(2,01) = 6 0,01 = 600 𝑓𝑓(2,001) = 6 0,01 = 6000 podemos concluir que as imagens são crescentes. Dizemos, neste caso, que o limite de f(x), quando x tende a 2 pela direita, é infinito, e escrevemos: lim 𝑥𝑥→2+ 𝑓𝑓(𝑥𝑥) = lim 𝑥𝑥→2+ 6 𝑥𝑥 − 2 = ∞ Analogamente, para calcularmos o limite de f(x) pela esquerda, vamos atribuir a x os valores: (1,9; 1,99; 1,999; ...) 𝑓𝑓(1,9) = 6 −0,1 = − 60 𝑓𝑓(1,99) = 6 −0,01 = − 600 𝑓𝑓(1,999) = 6 −0,01 = − 6000 podemos concluir que as imagens são decrescentes. Dizemos, neste caso, que o limite de f(x), quando x tende a 2 pela esquerda, é menos infinito. lim 𝑥𝑥→2− 𝑓𝑓(𝑥𝑥) = lim 𝑥𝑥→2− 6 𝑥𝑥−2 = − ∞ De maneira geral, o limite de uma função é infinito quando os valores de f(x) vão se tornando cada vez maiores, superando qualquer valor fixado; analogamente, dizemos que o limite de uma função é menos infinito quando os valores de f(x) vão ficando cada vez menores, de modo a se situarem abaixo de qualquer valor fixado. 4 Matemática II Senac São Paulo - Todos os Direitos Reservados 1.1 Definição de limites infinitos Dizemos que b é o limite da função f(x) quando x tende a mais infinito na situação em que, para qualquer valor do número positivo 𝜀𝜀, é possível encontrar outro número real K, tal que se x é maior que K, então a distância entre f(x) e b é menor que 𝜀𝜀. Simbolicamente, essa definição se apresenta assim: lim 𝑥𝑥→+∞ 𝑓𝑓(𝑥𝑥) = 𝑏𝑏 ↔ ∀𝜀𝜀 > 0 ∃ 𝐾𝐾 ∈ 𝑅𝑅 𝑥𝑥 > 𝐾𝐾 → |𝑓𝑓(𝑥𝑥) − 𝑏𝑏| < 𝜀𝜀 Considerações finais Nesta aula tivemos a oportunidade de ver a noção e a definição de limites infinitos. Conforme vimos, a expressão x → +∞ (x tende para infinito) significa que x assume valores superiores a qualquer número real e x −∞ (x tende para menos infinitos), da mesma forma, indica que x assume valores menores que qualquer número real. Esses estudos nos permitem analisar o comportamento das funções que não são limitadas. É importante porque nos mostra a tendência “negativa” e “positiva” para que decisões sejam adotadas a partir de análises pontuais. Sugiro a releitura da aula, assim você fixará melhor o tema que serve como base para os próximos estudos. Até breve! Referências DEMANA, F. D. et al. Pré-cálculo. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2013. HARIKI, S.; ABDOUNUR, O. J. Matemática aplicada: administração, economia e contabilidade. São Paulo: Saraiva, 1999. http://www.catalao.ufg.br/mat/galdino/calculoI/Limites_de_funcoes/intuitiva/def2_limite_finito.htm http://www.somatematica.com.br/superior/limites/limites4.php Ma temática II Aula 6 Continuidade . Objetivos Específicos • Compreender o conceito de continuidade em funções Temas Introdução 1 Continuidade Considerações finais Referências Professor Eline Dias Moreira 2 Matemática II Senac São Paulo - Todos os Direitos Reservados Introdução Intuitivamente, a ideia de função contínua decorre da análise de seu gráfico. Assim, podemos dizer que o gráfico de uma função contínua não apresenta interrupções (“furos”) e, analogamente, o gráfico de uma função descontínua apresenta interrupções (“furos”), que veremos a seguir. Com o estudo dos limites e continuidade das funções, o administrador desenvolve a habilidade de interpretar e resolver problemas relacionando o conteúdo à prática profissional. 1 Continuidade Para compreendermos os conceitos que envolvem o estudo de Continuidade, é necessário que realizem a leitura do trecho do capítulo “Limites e continuidade” (THOMAS, WEIR, HASS, 2012, p. 88-91). Os autores apresentam de maneira sintética a definição, a forma gráfica, as características e as aplicações de continuidade. • THOMAS, G. B.; WEIR, M. D.; HASS J. Cálculo 1. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2012. Consideremos as funções f e g, reais de variável real, definidas pelos seus gráficos da figura 1 a seguir. De um modo intuitivo, somos levados a dizer que a função f é contínua: seu gráfico pode ser desenhado sem que se levante o lápis do papel, ou seja, não há “furos” na curva. No caso da função g, para desenhar o gráfico, temos de dar um salto no ponto correspondente a x = 0. Somos levados a dizer que a função g não é contínua no ponto x = 0 ou que 0 é um ponto de descontinuidade da função, isto é, há uma interrupção (salto ou “furo”) na curva. http://www.educ.fc.ul.pt/icm/icm99/icm13/document/continua/contin_1/contin_1.htm 3 Matemática II Senac São Paulo - Todos os Direitos Reservados Figura 1: Gráficos de funções contínuas Fonte: OLIVEIRA; SARAIVA; VARANDAS (1999). Seja a figura a seguir. Figura 2: Gráficos de funções descontínuas Fonte: OLIVEIRA; SARAIVA; VARANDAS (1999). Pode-se dizer que a função h não é contínua no ponto x = 3. Seria contínua se a imagem de 3 estivesse no "ponto certo", de modo que o gráfico da função representasse a parábola completa, o que corresponderiaao valor da função para x = 3 ser igual ao limite da função quando x tende a 3. Também a função m não é contínua no ponto x = 2, pois vemos que não existe o limite da função quando x tende a 2. 4 Matemática II Senac São Paulo - Todos os Direitos Reservados Em matemática, uma função é chamada contínua quando, intuitivamente, a pequenas variações nos domínios correspondem pequenas variações nas imagens. Nos pontos em que a função não é contínua, diz-se que a função é descontínua, ou que se trata de um ponto de descontinuidade. 1.1 Definição do conceito de continuidade Seja f uma função real, de variável real, e a um ponto do domínio de f. Diz-se que a função f é contínua no ponto a se e somente se o limite de f quando x tende para a e o valor desse limite coincide com o valor da função no ponto a. 𝑓𝑓(𝑥𝑥) é 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐í𝑐𝑐𝑛𝑛𝑛𝑛 𝑒𝑒𝑒𝑒 𝑛𝑛 ↔ 𝑒𝑒𝑥𝑥𝑒𝑒𝑒𝑒𝑐𝑐𝑒𝑒 lim 𝑥𝑥→𝑎𝑎 𝑓𝑓(𝑥𝑥) 𝒆𝒆 lim 𝑥𝑥→𝑎𝑎 𝑓𝑓(𝑥𝑥) = 𝑓𝑓(𝑛𝑛) Referiu-se que o ponto a pertence ao domínio da função, logo não faz sentido falar em continuidade em um ponto que não pertence ao domínio da função. Também não falamos em continuidade em pontos isolados, visto que consideramos a um ponto do domínio. Seja f uma função real, de variável real, e a um ponto do domínio de f. Diz-se que a função f é descontínua em a se e somente se não existir o limite da função quando x tende a a ou se esse limite é diferente do valor da função para x = a. 𝑓𝑓(𝑥𝑥)é 𝑑𝑑𝑒𝑒𝑒𝑒𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐í𝑐𝑐𝑛𝑛𝑛𝑛 𝑒𝑒𝑒𝑒 𝑛𝑛 ↔ 𝑐𝑐ã𝑐𝑐 𝑒𝑒𝑥𝑥𝑒𝑒𝑒𝑒𝑐𝑐𝑒𝑒 lim 𝑥𝑥→𝑎𝑎 𝑓𝑓(𝑥𝑥) 𝒐𝒐𝒐𝒐 lim 𝑥𝑥→𝑎𝑎 𝑓𝑓(𝑥𝑥) ≠ 𝑓𝑓(𝑛𝑛) http://pt.wikipedia.org/wiki/Matem%C3%A1tica http://pt.wikipedia.org/wiki/Fun%C3%A7%C3%A3o 5 Matemática II Senac São Paulo - Todos os Direitos Reservados Veja a seguir um exemplo resolvido para ilustrar a verificação de continuidade. Verifique a continuidade da função no ponto indicado: f(x) = x2 + 1 em x = 1 Resolução: f(1) = 1² + 1 = 2 ∴ ∈ f(1) lim 𝑥𝑥→1 𝑓𝑓(𝑥𝑥) = lim 𝑥𝑥→1 (𝑥𝑥2 + 1) = 12 + 1 = 2 lim 𝑥𝑥→1 𝑓𝑓(𝑥𝑥) = 𝑓𝑓(1) = 2 ∴ f(x) = x2 + 1 é contínua em x = 1. Considerações finais Nesta aula tivemos a oportunidade de verificar a continuidade das funções. Vimos, de maneira prática, que essa análise está diretamente ligada à visualização gráfica da função. Faça a releitura dessa aula para fixar o tema trabalhado e assimilar o conceito formal de continuidade que servirá para relacioná-lo ao cotidiano. Bons estudos! 6 Matemática II Senac São Paulo - Todos os Direitos Reservados Referências DEMANA, F. D. et al. Pré-cálculo. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2013. HARIKI, S.; ABDOUNUR, O. J. Matemática aplicada: administração, economia e contabilidade. São Paulo: Saraiva, 1999. OLIVEIRA, H.; SARAIVA, R.; VARANDAS, J. M. Função contínua e função descontínua num ponto “a” do seu domínio. Universidade de Lisboa. Departamento de Educação. Interdisciplinaridade Ciência-Matemática, 1999/2000. Disponível em: <http://www.educ.fc.ul.pt/icm/icm99/icm13/document/continua/contin_1/contin_1.htm>. Acesso em: abr. 2013. THOMAS, G. B.; WEIR, M. D.; HASS J. Cálculo 1. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2012. http://www.educ.fc.ul.pt/icm/icm99/icm13/document/continua/contin_1/contin_1.htm Matemática II Aula 7 Taxa média de variação . Objetivos Específicos • Entender o conceito de taxa média de variação de função. Temas Introdução 1 Taxa média de variação de uma função y = f(x) no intervalo [a, b] Considerações finais Referências Professora Eline Dias Moreira 2 Matemática II Senac São Paulo - Todos os Direitos Reservados Introdução Estudos que envolvem situações de crescimento e decrescimento médio de funções fazem parte do interesse das Áreas do Conhecimento. Nas diversas situações, há interesse nos estudos do comportamento das funções em pontos distintos do gráfico, inclusive em espaços intervalares. O estudo das diversas curvas pode nos fornecer, por exemplo, a taxa de variação média da oferta de um determinado produto quando a quantidade ou o preço tendem a variar em algum intervalo de valores. Esse estudo é conhecido como taxa média de variação de uma função no intervalo. Quando x aumenta muito, é possível analisar o que pode ocorrer com a oferta ou a demanda, no caso de estudos em Economia e Administração. Além disso, esse conceito é utilizado em derivadas, tema das próximas aulas. 1 Taxa média de variação de uma função y = f(x) no intervalo [a, b] Para compreendermos os conceitos que envolvem o estudo de Taxa Média de Variação, é necessária a leitura do trecho do capítulo “Funções do primeiro e segundo graus” da obra Pré-cálculo (DEMANA et al., 2013, p. 94-98). Os autores apresentam, de maneira sintética, a definição e o cálculo de limites infinitos. • DEMANA, F. D. et al. Pré-cálculo. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2013. Suponhamos que a função y = f(x) seja definida no intervalo [a, b]. Quando a variável x passa do valor a para o valor b variando ∆𝒙𝒙 = 𝒃𝒃 − 𝒂𝒂, os valores da função y = f(x) passam de y = f(a) para y = f(b), variando ∆𝒚𝒚 = 𝒇𝒇(𝒃𝒃) − 𝒇𝒇(𝒂𝒂). A divisão da variação Δy de y, pela variação Δx de x é a taxa média de variação dessa função no intervalo [a, b]. Indica-se: 3 Matemática II Senac São Paulo - Todos os Direitos Reservados 𝑻𝑻𝑻𝑻𝑻𝑻 = ∆𝒚𝒚 ∆𝒙𝒙 De maneira geral, a taxa média de variação indica o que ocorre em média com a função em um intervalo. Quando a taxa média é positiva, indica que houve crescimento médio; quando a taxa média é negativa, indica que houve decrescimento médio. Se a TMV = 5, significa que no intervalo a função está crescendo 5 unidades em média, para cada acréscimo de 1 em x. Se a TMV = −5, significa que no intervalo a função está decrescendo 5 unidades em média, para cada acréscimo de 1 em x. 1.1 Cálculo da taxa média de variação em funções Exemplo 1: Calcular e interpretar o valor da taxa média de variação da função 𝒇𝒇(𝒙𝒙) = 𝒙𝒙𝟐𝟐 + 𝟏𝟏 no intervalo [1, 3]. Solução: Para cálculo do ∆𝒙𝒙, temos: � 𝒃𝒃 = 𝟑𝟑 𝒂𝒂 = 𝟏𝟏 ∆𝒙𝒙 = 𝟑𝟑 − 𝟏𝟏 = 𝟐𝟐 Para cálculo do ∆𝒚𝒚, temos: � 𝒇𝒇(𝟑𝟑) = 𝟑𝟑𝟐𝟐 + 𝟏𝟏 = 𝟏𝟏𝟏𝟏 𝒇𝒇(𝟏𝟏) = 𝟏𝟏𝟐𝟐 + 𝟏𝟏 = 𝟐𝟐 ∆𝒚𝒚 = 𝟏𝟏𝟏𝟏 − 𝟐𝟐 = 𝟖𝟖 𝑻𝑻𝑻𝑻𝑻𝑻 = ∆𝒚𝒚 ∆𝒙𝒙 = 𝟖𝟖 𝟐𝟐 = 𝟒𝟒 4 Matemática II Senac São Paulo - Todos os Direitos Reservados Podemos dizer que, no intervalo [1, 3], a função 𝒇𝒇(𝒙𝒙) = 𝒙𝒙𝟐𝟐 + 𝟏𝟏 está crescendo em média 4 para cada unidade acrescida em x. Considerações finais Muito embora o conhecimento da taxa média de variação não nos forneça uma quantidade razoável de informações para podermos decidir como a variável dependente se comporta em relação à variável independente em um ponto específico, ele nos permite uma boa análise em um intervalo. Nesta aula, vimos a definição de taxa média de variação. Vimos que as grandezas variam. Todos os dias, pensamos muitas vezes na variação de grandezas, como o tempo gasto para chegar ao trabalho, o quanto engordamos ou emagrecemos no último mês, a variação da temperatura em um dia específico, e assim por diante. De modo geral, quando uma grandeza está expressa em função de uma outra, observamos que, para uma dada variação, ocorre, em correspondência, uma dada variação da outra grandeza. O quociente entre as duas variações de grandezas recebe o nome de taxa média de variação. Conforme vimos, quando a taxa média é positiva, indica que houve crescimento médio; quando a taxa média é negativa, indica que houve decrescimento médio. Releia a aula com muita atenção; assim, você fixará melhor esse tema. Bons estudos! Referências DEMANA, F. D. et al. Pré-cálculo. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2013. HARIKI, S.; ABDOUNUR, O. J. Matemática aplicada: administração, economia e contabilidade.São Paulo: Saraiva, 1999. Matemática II Aula 08 Sistemas lineares . Objetivos Específicos • Verificar a resolução de sistemas lineares utilizando métodos da adição e substituição. Temas Introdução 1 Sistemas lineares Considerações finais Referências Professora Eline Dias Moreira 2 Matemática II Senac São Paulo - Todos os Direitos Reservados Introdução Por tratarmos de uma continuação nos estudos das funções, relembramos que nos interessa verificar o comportamento dos pontos relacionados a cada função. O estudo das diversas curvas pode fornecer, por exemplo, o preço e a quantidade no equilíbrio ou também o preço e a quantidade ideal para que não haja prejuízo na produção ou comercialização de algum produto. Esse estudo é conhecido, em Administração e Economia, como ponto de equilíbrio de mercado, e utilizamos os sistemas lineares. No comportamento de funções matemáticas, podemos analisar o que ocorre com oferta, demanda, preço, quantidade, receita, lucro, entre outros conceitos pertinentes aos estudos de Administração. Além disso, esse conceito é utilizado em derivadas, tema das próximas aulas. 1 Sistemas lineares Para compreendermos os conceitos que envolvem o estudo de Sistemas Lineares, é necessário que leiam as páginas 273-277 do capítulo “Apêndice A – Sistemas e matrizes”, da obra Pré-cálculo (DEMANA et al., 2013). Os autores apresentam, de maneira sintética, a definição e o cálculo de sistemas lineares. • DEMANA, F. D. et al. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2013. Um sistema é apresentado, em geral, na forma: �𝒂𝒂𝒂𝒂 + 𝒃𝒃𝒃𝒃 = 𝒄𝒄𝒅𝒅𝒂𝒂 + 𝒆𝒆𝒃𝒃 = 𝒇𝒇 A solução de um sistema é um par ordenado (x, y) de números reais que satisfaz as duas equações. 3 Matemática II Senac São Paulo - Todos os Direitos Reservados De maneira geral, temos vários métodos de resolução dos sistemas, mas vamos tratar aqui dos métodos da adição e da substituição que nos permitirão encontrar o par ordenado que satisfaz as duas equações. 1.1 Método da adição Resolver o sistema: � 𝟏𝟏𝟏𝟏𝒂𝒂 + 𝒃𝒃 = 𝟏𝟏𝟏𝟏 𝟓𝟓𝒂𝒂 − 𝟑𝟑𝒃𝒃 = 𝟐𝟐 Primeiro multiplicamos a primeira equação por 3 e obtemos: � 𝟑𝟑𝟏𝟏𝒂𝒂 + 𝟑𝟑𝒃𝒃 = 𝟑𝟑𝟑𝟑 𝟓𝟓𝒂𝒂 − 𝟑𝟑𝒃𝒃 = 𝟐𝟐 Somando membro a membro as duas equações, obtemos: 𝟑𝟑𝟓𝟓𝒂𝒂 = 𝟑𝟑𝟓𝟓 𝒐𝒐𝒐𝒐 𝒂𝒂 = 𝟑𝟑𝟓𝟓 𝟑𝟑𝟓𝟓 = 𝟏𝟏 Retomando o sistema original, multiplicamos a segunda equação por –2 e obtemos: � 𝟏𝟏𝟏𝟏𝒂𝒂 + 𝒃𝒃 = 𝟏𝟏𝟏𝟏−𝟏𝟏𝟏𝟏𝒂𝒂 + 𝟔𝟔𝒃𝒃 = −𝟒𝟒 Somando membro a membro as duas equações, obtemos: 𝟕𝟕𝒃𝒃 = 𝟕𝟕 𝒐𝒐𝒐𝒐 𝒃𝒃 = 𝟕𝟕 𝟕𝟕 = 𝟏𝟏 Portanto, a solução desse sistema é o par ordenado (1; 1) 1.2 Método da substituição Resolver o sistema: � 𝟏𝟏𝟏𝟏𝒂𝒂 + 𝒃𝒃 = 𝟏𝟏𝟏𝟏 𝟓𝟓𝒂𝒂 − 𝟑𝟑𝒃𝒃 = 𝟐𝟐 Primeiro, isolamos uma letra. Escolhemos isolar o y. Da primeira equação obtemos: 𝒃𝒃 = 𝟏𝟏𝟏𝟏 − 𝟏𝟏𝟏𝟏𝒂𝒂 4 Matemática II Senac São Paulo - Todos os Direitos Reservados Substituindo esse valor na segunda equação, obtemos: 𝟓𝟓𝒂𝒂 − 𝟑𝟑(𝟏𝟏𝟏𝟏 − 𝟏𝟏𝟏𝟏𝒂𝒂) = 𝟐𝟐 𝟓𝟓𝒂𝒂 − 𝟑𝟑𝟑𝟑 + 𝟑𝟑𝟏𝟏𝒂𝒂 = 𝟐𝟐 𝟑𝟑𝟓𝟓𝒂𝒂 = 𝟑𝟑𝟓𝟓 𝒐𝒐𝒐𝒐 𝒂𝒂 = 𝟑𝟑𝟓𝟓 𝟑𝟑𝟓𝟓 = 𝟏𝟏 Na expressão 𝒃𝒃 = 𝟏𝟏𝟏𝟏 − 𝟏𝟏𝟏𝟏𝒂𝒂, substituindo x por 1, obtemos 𝒃𝒃 = 𝟏𝟏𝟏𝟏 − 𝟏𝟏𝟏𝟏(𝟏𝟏) 𝒐𝒐𝒐𝒐 𝒃𝒃 = 𝟏𝟏. Portanto, a solução desse sistema é o par ordenado (1; 1). Na prática, o ponto de equilíbrio de mercado é o ponto de intersecção do gráfico entre a função qd e a função qo, ou seja, é o ponto em que ocorre a igualdade entre qd e qo. Suas coordenadas são preço de equilíbrio (pe) e a quantidade de equilíbrio (qe). Então, temos PE (pe, qe). Nesse caso, podem ocorrer gráficos como os da figura a seguir: Figura 1: Exemplos de ponto de equilíbrio Fonte: Elaborados pelo autor. Considerações finais Nesta aula, de certa forma, tivemos a oportunidade de recordar a resolução de sistemas lineares utilizando métodos da adição e substituição. Esse tema é amplamente estudado no Ensino Médio e você deve ter alguma recordação do assunto. Conforme vimos, o resultado de um sistema, tanto pelo método da adição quanto pelo método da substituição, nos dá um par ordenado que satisfaz as funções que compõem o sistema. 5 Matemática II Senac São Paulo - Todos os Direitos Reservados No caso dos estudos de Administração e Economia, temos uma aplicação muito importante, que é o cálculo do ponto de equilíbrio de mercado, em que a quantidade de oferta se iguala à quantidade de demanda, dependendo do preço no equilíbrio. Faça uma releitura da aula, assim você fixará melhor esse tema. Bons estudos! Referências DEMANA, F. D. et al. Pré-cálculo. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2013. HARIKI, S.; ABDOUNUR, O. J. Matemática aplicada: administração, economia e contabilidade. São Paulo: Saraiva, 1999. Matemática II Aula 9 Sistemas lineares . Objetivos Específicos • Verificar a resolução de sistemas lineares em diferentes situações. Temas Introdução 1 Sistemas lineares Considerações finais Referências Professora Eline Dias Moreira 2 Matemática II Senac São Paulo - Todos os Direitos Reservados Introdução Em muitas áreas do conhecimento deparamos com situações que envolvem estudos de determinados pontos das funções, por exemplo. Nas diversas situações, há interesse nos estudos do comportamento desses pontos. Podemos aqui citar a importância do ponto de equilíbrio de mercado no campo da Economia. O estudo das diferentes curvas pode nos fornecer, por exemplo, o preço e a quantidade no equilíbrio ou também o preço e a quantidade ideal para que não haja prejuízo na produção ou comercialização de um determinado produto. Damos destaque ao conceito matemático de sistemas lineares pela determinação do comportamento de funções em determinados pontos, em que é possível analisar o que ocorre com oferta, demanda, preço, quantidade, receita e lucro, entre outros fatores. Além disso, esse conceito é utilizado em derivadas, tema das próximas aulas. 1 SISTEMAS LINEARES Para compreendermos os conceitos que envolvem o estudo de sistemas lineares, é necessário ler as páginas 277 a 279 do capítulo “Apêndice A – Sistemas e matrizes” (DEMANA et al., 2013). Os autores apresentam de maneira sintética a definição e o cálculo de sistemas lineares e algumas aplicações. • DEMANA, F. D. et al. Pré-cálculo. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2013. Como já vimos, um sistema é apresentado, em geral, na forma: �𝒂𝒂𝒂𝒂 + 𝒃𝒃𝒃𝒃 = 𝒄𝒄𝒅𝒅𝒂𝒂 + 𝒆𝒆𝒃𝒃 = 𝒇𝒇 3 Matemática II Senac São Paulo - Todos os Direitos Reservados E a solução de um sistema é um par ordenado (x, y) de números reais que satisfaz as duas equações. De maneira geral, temos vários métodos de resolução dos sistemas. Na aula anterior, vimos os métodos da adição e da substituição, e agora vamos ver algumas aplicações em situações-problema. 1.1 Aplicação de sistemas lineares A seguir vamos ver uma situação-problema que envolve uma aplicação bastante utilizada em Administração e Economia. Uma empresa resolveu analisar a venda de seu principal produto e verificou que, ao oferecê-lo por R$ 5,00 a unidade, a procura era de 7 500 unidades por semana; ao oferecer um desconto de 20%, as vendas aumentavam em 80%. Sabendo-se que a demanda desse produto é representada por uma função do 1º grau, queremos determinar: a) A função demanda semanal desse produto. b) O ponto de equilíbrio de mercado, dada a equação oferta semanal desse produto qo = 4 800p – 11 100. c) A demanda semanal para um preço igual a R$ 4,00 a unidade. d) O esboço gráfico utilizando apenas os interceptos para a função de demanda e oferta. e) A análise gráfica econômica. Solução: a) Se a função demanda é uma função do 1º grau, teremos: f(x) = ax + b (função linear afim) qd = ap + b (função quantidade de demanda)4 Matemática II Senac São Paulo - Todos os Direitos Reservados Pela situação-problema temos: Se p = 5 ⇒ qd = 7 500 unidades (I) Se p = 4 (pois houve desconto de 20% no preço original) ⇒ qo = 13 500 unidades (pois houve aumento de 80% nas vendas) (II) Devemos montar o sistema de equações lineares, para encontrar os termos a e b. � 5𝑎𝑎 + 𝑏𝑏 = 7 500 (𝐼𝐼) 4𝑎𝑎 + 𝑏𝑏 = 13 500 (𝐼𝐼𝐼𝐼) Multiplicando a 1a equação por (−1), temos: � −5𝑎𝑎 − 𝑏𝑏 = −7 500 (𝐼𝐼) 4𝑎𝑎 + 𝑏𝑏 = 13 500 (𝐼𝐼𝐼𝐼) Somando-se membro a membro vem: –a = 6 000 a = –6 000 Substituindo o valor de a em I, temos: � −5𝑎𝑎 − 𝑏𝑏 = −7 500 (𝐼𝐼) 4𝑎𝑎 + 𝑏𝑏 = 13 500 (𝐼𝐼𝐼𝐼) 5 × (–6 000) + b = 7 500 –30 000 + b = 7 500 b = 7 500 + 30 000 b = 37 500 Portanto, a função demanda desse produto será: qd = –6 000p + 37 500 b) Para encontrar o ponto de equilíbrio de mercado, dada a equação oferta semanal desse produto qo = 4 800p – 11 100, igualamos as duas funções, porque no equilíbrio a quantidade de oferta (qo) é igual à quantidade de demanda (qd). Assim: � 𝑞𝑞𝑞𝑞 = 4 800𝑝𝑝 − 11 100 (I) 𝑞𝑞𝑞𝑞 = −6 000𝑝𝑝 + 37 500 (II) Multiplicando a 1ª equação por (–1), temos: 5 Matemática II Senac São Paulo - Todos os Direitos Reservados � −𝑞𝑞𝑞𝑞 = −4 800𝑝𝑝 + 11 100 (I) 𝑞𝑞𝑞𝑞 = −6 000𝑝𝑝 + 37 500 (II) Resolvendo o sistema, temos: 0 = –10 800p + 48 600 p = 4,5 reais Substituindo o preço p em I, temos: � −𝑞𝑞𝑞𝑞 = −4 800𝑝𝑝 + 11 100 (𝐼𝐼) 𝑞𝑞𝑞𝑞 = −6 000𝑝𝑝 + 37 500 (𝐼𝐼𝐼𝐼) qo = qd = 4 800 × (4,5) – 11 100 qo = qd = 10 500 No equilíbrio, as quantidades de oferta e de demanda são iguais a 10 500 unidades quando o preço é de R$ 4,50. c) Agora, para encontrar a demanda semanal para um preço igual a R$ 4,00 a unidade, basta substituir esse valor na função qd = –6 000p + 37 500 Assim: qd = –6 000(4) + 37 500 qd = 13 500 unidades d) Para construir o esboço gráfico utilizando apenas os interceptos para a função de demanda e oferta, fazemos assim: Os pontos de intersecção, também chamados interceptos, são os pontos nos quais a função intercepta os eixos (qd e p); portanto, a função demanda parte de 37 500 unidades e vai decrescendo até cortar o eixo p = R$ 6,25. A função oferta, ao contrário da demanda, é uma função crescente que passa pelos eixos (qd e p) no intercepto (0, 0). É uma função crescente que também passa pelo ponto de equilíbrio de mercado (4,50; 10 500). O esboço fica assim representado: 6 Matemática II Senac São Paulo - Todos os Direitos Reservados Gráfico 2 – Representação de função crescente Fonte: elaborado pelo autor. Para uma análise econômica, concluímos que à direita do ponto de equilíbrio, ou seja, acima de R$ 4,50, a quantidade ofertada é maior que a quantidade demandada; à esquerda do ponto de equilíbrio, ou seja, abaixo de R$ 4,50, a quantidade demandada é maior que a quantidade ofertada. Considerações finais Nesta aula, tivemos a oportunidade de verificar a resolução dos sistemas lineares em uma aplicação cotidiana em Administração. Conforme vimos, o resultado de um sistema, tanto pelo método da adição quanto pelo método da substituição, nos dá um par ordenado que satisfaz as funções que compõem o sistema. Sugerimos a releitura da aula, assim você poderá relembrar o cálculo e a resolução de sistemas que permitirá a fixação do tema. Bons estudos! Referências DEMANA, F. D. et al. Pré-cálculo. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2013. HARIKI, S.; ABDOUNUR, O. J. Matemática aplicada: administração, economia e contabilidade. São Paulo: Saraiva, 1999. Matemática II Aula 10 Derivadas: identificar como função . Objetivos Específicos • Conhecer as regras de derivação que determinam o comportamento de funções. Temas Introdução 1 Derivadas Considerações finais Referências Professora Eline Dias Moreira 2 Matemática II Senac São Paulo - Todos os Direitos Reservados Introdução Em Administração, deparamos com situações que envolvem estudos de cálculo da derivada de uma função. Esse cálculo pode ser realizado em todos os pontos do domínio de uma função. No cálculo, a derivada representa a taxa de variação instantânea de uma função. Todas as vezes que o interesse for pontual sobre o resultado de uma função, utiliza-se a taxa instantânea (derivada) que veremos a seguir. 1 Derivadas Para compreendermos os conceitos que envolvem o estudo de Derivadas, é necessário que realizem a leitura do trecho do capítulo “Derivadas” (THOMAS; WEIR; HASS, 2012). Os autores apresentam de maneira sintética a definição e as regras das derivadas. • HOMAS, G. B.; WEIR, M. D.; HASS, J. Cálculo 1. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2012. Segundo De Sá (2006, p. 7), É muito trabalhoso ficarmos determinando as derivadas em cada ponto da função, pela taxa média de variação. O que fazemos, com frequência, é determinar uma expressão geral que permita o cálculo da derivada em qualquer ponto desejado. A expressão determinada é denominada de função derivada (f’(x)) e, por isso, podemos determinar fórmulas que facilitem a descoberta da função derivada, sem precisar recorrer ao limite que define a taxa de variação instantânea. 3 Matemática II Senac São Paulo - Todos os Direitos Reservados A função derivada pode ser obtida com o auxílio de um grupo de regras e fórmulas de derivação. 1.1 Fórmulas de derivação Derivada da potência Se y = xa, com a ϵ R, então sua derivada é y’ = axa-1 Exemplos: a) y = x12 (expoente 12 de x) → y’ = (x12)’ = 12x12–1 = 12x11 b) y = x–3 (expoente –3 de x) → y' = (x–3)' = –3x–3–1 = –3x–4 Derivada de uma constante Se y = k, sua derivada é y’ = (k)’ = 0 Exemplos: a) y = 5 → y’ = (5)’ = 0 b) y = – 0,5 → y’ = (–0,5)’ = 0 Derivada do produto de uma constante k por uma função Se f é uma função derivável e y = k ⋅ f(x), então sua derivada é: (k ⋅ f(x))’ = k ⋅ f’(x), ou seja, a constante pode ser colocada fora do sinal de derivação. Exemplos: a) y = –5x3 → y’ = (–5x3)’ = (–5).(x3)’ = (–5). 3x2 = –15x2 b) y = 3√𝒙𝒙 → y’ = (3𝒙𝒙 𝟏𝟏 𝟐𝟐)’ = (3).( 𝒙𝒙 𝟏𝟏 𝟐𝟐)’ = (3). 𝟏𝟏 𝟐𝟐 𝒙𝒙− 𝟏𝟏 𝟐𝟐 = 𝟑𝟑 𝟐𝟐√𝒙𝒙 4 Matemática II Senac São Paulo - Todos os Direitos Reservados Derivada da soma ou diferença de funções Se f e g são funções deriváveis e y = f ± g, então sua derivada é: y’ = (f ± g)’ = f’ ± g’ Exemplos: a) y = x2 + x3 → y’ = (x2 + x3)’ = (x2)’ + (x3)’ = 2x1 + 3x2 b) y = 2x4 – 5x2 → y’ = (2x4) – (5x2)’ = (2x4) – (5x2)’ = 8x3 – 10x Com essas fórmulas e regras, podemos derivar a maioria das funções que aparecem em nossas aplicações – os polinômios. Assim, à medida que nos acostumamos com o emprego dessas fórmulas e regras, podemos dispensar alguns detalhamentos, ou seja, os exemplos dados podem ser executados em apenas uma etapa. No exercício y = x2 + x3, podemos escrever diretamente y’ = 2x1 + 3x2. Agora vamos verificar o cálculo da derivada em um ponto. Uma maneira de interpretar a informação que a derivada em um ponto fornece é verificar o que representa essa quantidade em relação ao valor da função nesse ponto. Se duas funções têm derivadas iguais a 20 no ponto x = 50, isso pode ter significados distintos se comparados com o valor de cada função nesse ponto. Se, por exemplo, f1(10) = 50 e f2(10) = 500, o valor da derivada relativa ao valor de cada função no ponto será: Para a função f1: 𝒇𝒇′𝟏𝟏 (𝟏𝟏𝟏𝟏) 𝒇𝒇𝟏𝟏(𝟏𝟏𝟏𝟏) = 𝟐𝟐𝟏𝟏 𝟓𝟓𝟏𝟏 = 𝟒𝟒𝟏𝟏% Para a função f2: 𝒇𝒇′𝟐𝟐(𝟏𝟏𝟏𝟏) 𝒇𝒇𝟐𝟐(𝟏𝟏𝟏𝟏) = 𝟐𝟐𝟏𝟏 𝟓𝟓𝟏𝟏𝟏𝟏 = 𝟒𝟒% Considerações finais Vimos conceito, fórmulas e regras de derivação. A derivada é importante e útil na determinação do comportamento de funções em pontos específicos que consideramos instantâneos. É como se pudéssemos fotografar o instante desejado para o estudo. Sabemos que conceitos sobre custo marginal, lucromarginal e receita marginal, por exemplo, advêm da derivada do custo total, lucro total e receita total, respectivamente. Ou seja, os “marginais” são pontos estudados nas funções “totais”; sendo assim, podemos identificar o quanto é importante conhecer os estudos de derivadas. É fundamental a releitura da aula; assim, você fixará melhor esse tema. Bons estudos! 5 Matemática II Senac São Paulo - Todos os Direitos Reservados Referências HARIKI, S.; ABDOUNUR, O. J. Matemática aplicada: administração, economia e contabilidade. São Paulo: Saraiva, 1999. SÁ, I. P. de. Estudos das derivadas: conceitos e aplicações. 2006. Disponível em: <http://www.magiadamatematica.com/uss/administracao/09-derivadas.pdf>. Acesso em: abr. 2013. THOMAS, G. B.; WEIR, M. D.; HASS, J. Cálculo 1. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2012. http://www.magiadamatematica.com/uss/administracao/09-derivadas.pdf Matemática II Aula 11 Derivadas: a regra da cadeia . Objetivos Específicos • Entender o conceito de regra da cadeia. Temas Introdução 1 Regra da cadeia Considerações finais Referências Professora Eline Dias Moreira 2 Matemática II Senac São Paulo - Todos os Direitos Reservados Introdução Mais uma vez, vamos atentar ao estudo das funções. Nesta aula, daremos ênfase aos estudos sobre a variação entre os pontos considerados importantes nos estudos de cálculo. As derivadas permitem a transformação de funções mais complexas em funções mais simples. Um exemplo utilizado por administradores e economistas é o cálculo da derivada da função custo total que fornece o custo marginal. Veremos como efetuar a transformação nesta aula. Veremos também a regra da cadeia, conhecida por Teorema 13, desenvolvida por Leibniz, que proporcionou um grande avanço nos estudos do cálculo diferencial. Foi Leibniz que adotou uma notação à tangente, em que a derivada é dada pela diferença dos valores na ordenada (y) dividida pela diferença dos valores na abscissa (x), e essa diferença é infinitamente pequena e representada pela razão Dy/Dx. 1 Regra da cadeia Para compreender os conceitos que envolvem o estudo de derivadas – regra da cadeia, é necessário ler as páginas 129 a 132 do capítulo “Derivadas” (THOMAS; WEIR; HASS, 2012). Os autores apresentam, de maneira sintética, as regras de derivação. • THOMAS, G. B.; WEIR, M. D.; HASS, J. Cálculo 1. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2012. Se f e g são funções diferenciáveis, então a derivada da função composta f(g(x)) é dada pela fórmula: [f(g(x))]’ = f’(g(x)) . g’(x) Veja, a seguir, alguns exemplos. Calcule a derivada da função h(x) = (x + 1)5 3 Matemática II Senac São Paulo - Todos os Direitos Reservados Solução: Podemos dizer que h(x) é a função composta de f(g(x)), em que f(x) = x5 e g(x) = x + 1. Pela regra da cadeia, ou Teorema 13, temos: h’(x) = f’(g(x)) ⋅ g’(x) = 5 ⋅ (x + 1)4 ⋅ 1 = 5 ⋅ (x + 1)4 Calcule a derivada da função h(x) = √2𝑥𝑥2 + 2𝑥𝑥 Solução: h(x) = √2𝑥𝑥2 + 2𝑥𝑥 h(x) = (2x2 + 2x)1/2. Pela regra da cadeia, ou Teorema 13, temos: h’(x) = f’(g(x) . g’(x) = 1 2 (2𝑥𝑥2 + 2𝑥𝑥) 1 2−1. (4𝑥𝑥 + 2) = 4𝑥𝑥+2 2√2𝑥𝑥2+2𝑥𝑥 A regra da cadeia, ou Teorema 13, estende-se para mais de duas funções. Por exemplo, a derivada da função composta f(g(h(x))) é dada por [f(g[h(x)])]’ = f’(g[h(x)]) . g’(h(x)) . h’(x) Portanto, para derivar uma função composta de três funções como h(x) = �3𝑥𝑥 + (3𝑥𝑥2 − 10)2, fazemos assim: Veja como a função h(x) é construída: a) a raiz quadrada de... b) a soma de 3x com a segunda potência de... c) 3 vezes o quadrado de x menos 10... Logo, a derivada de h(x) é dada pelo produto 𝒉𝒉′(𝒙𝒙) = 𝟏𝟏 𝟐𝟐�𝟑𝟑𝒙𝒙 + (𝟑𝟑𝒙𝒙𝟐𝟐 − 𝟏𝟏𝟏𝟏)𝟐𝟐 . �(𝟑𝟑𝒙𝒙)′ + [(𝟑𝟑𝒙𝒙𝟐𝟐 − 𝟏𝟏𝟏𝟏)𝟐𝟐]� 𝒉𝒉′(𝒙𝒙) = 𝟏𝟏 𝟐𝟐�𝟑𝟑𝒙𝒙 + (𝟑𝟑𝒙𝒙𝟐𝟐 − 𝟏𝟏𝟏𝟏)𝟐𝟐 . �𝟑𝟑 + [𝟐𝟐(𝟑𝟑𝒙𝒙𝟐𝟐 − 𝟏𝟏𝟏𝟏)𝟏𝟏.𝟔𝟔𝒙𝒙]� 4 Matemática II Senac São Paulo - Todos os Direitos Reservados 𝒉𝒉′(𝒙𝒙) = 𝟑𝟑 + 𝟏𝟏𝟐𝟐𝒙𝒙(𝟑𝟑𝒙𝒙𝟐𝟐 − 𝟏𝟏𝟏𝟏) 𝟐𝟐�𝟑𝟑𝒙𝒙 + (𝟑𝟑𝒙𝒙𝟐𝟐 − 𝟏𝟏𝟏𝟏)𝟐𝟐 Considerações finais Vimos a resolução das derivadas em funções compostas por meio da aplicação da regra de cadeia, também conhecida por Teorema 13. A regra de cadeia proporcionou um grande avanço nos estudos do cálculo diferencial no momento em que facilitou a compreensão e a resolução de diversas funções antes consideradas complexas. Espero que esse tema tenha sido de grande valia para seus estudos. É sempre importante ressaltar a importância da releitura da aula. Bons estudos! Referências DEMANA, F. D. et al. Pré-cálculo. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2013. HARIKI, S.; ABDOUNUR, O. J. Matemática aplicada: administração, economia e contabilidade. São Paulo: Saraiva, 1999. THOMAS, G. B.; WEIR, M. D.; HASS, J. Cálculo 1. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2012. Matemática II Aula 12 . Derivadas em diferentes contextos Objetivos Específicos • Entender a aplicação de derivadas em diferentes contextos. Temas Introdução 1 Derivadas: análise marginal Considerações finais Referências Professora Eline Dias Moreira 2 Matemática II Senac São Paulo - Todos os Direitos Reservados Introdução Em diversas áreas das Ciências, deparamos com situações que envolvem cálculos da derivada, que podem ser realizados em todos os pontos do domínio de uma função. No Ensino Médio utilizamos, em Física, os conceitos de espaço, velocidade e aceleração. Naquela época já fazíamos derivadas, pois a função velocidade é a derivada da função espaço e a função aceleração é a derivada da função velocidade. Você pode perceber que não estamos falando de novos conceitos. Em uma indústria, por exemplo, há funções de custo e de receita total associada à produção em determinado período; as derivadas das funções de custo total e receita total chamam-se respectivamente custo marginal e receita marginal, e vamos estudá-las nesta aula. 1 Derivadas: análise marginal Para compreendermos os conceitos que envolvem o estudo de derivadas em diferentes contextos, é necessário que realizem a leitura de trecho do capítulo “Aplicações das derivadas” (THOMAS et al., 2012, p. 243-245). Os autores apresentam aplicações das derivadas em diferentes contextos e o teorema de L’Hôpital. • THOMAS, G. B.; WEIR, M. D.; HASS, J. Cálculo 1. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2012. Como vimos anteriormente, a função derivada pode ser obtida com o auxílio de um grupo de regras e fórmulas de derivação. As derivadas das funções custo total e receita total nos permitem calcular o custo marginal e a receita marginal. 3 Matemática II Senac São Paulo - Todos os Direitos Reservados 1.1 Interpretação do custo marginal O custo marginal C’(x) ao nível de produção x é aproximadamente igual ao custo de produzir uma unidade a mais. Para melhor compreensão, vamos ver um exemplo: Considere a função custo C(x) = 𝟐𝟐𝟐𝟐 𝟑𝟑 𝟓𝟓𝟓𝟓𝟓𝟓 − 𝟐𝟐𝟐𝟐. Pede-se: a) Calcular o custo de produzir uma unidade a mais, ao nível de produção x = 100. b) Calcular o custo marginal ao nível de produção x = 100. Solução: C(101) – C(100) = �𝟐𝟐.𝟏𝟏𝟓𝟓𝟏𝟏 𝟑𝟑 𝟓𝟓𝟓𝟓𝟓𝟓 − 𝟐𝟐.𝟏𝟏𝟓𝟓𝟏𝟏� − �𝟐𝟐.𝟏𝟏𝟓𝟓𝟓𝟓 𝟑𝟑 𝟓𝟓𝟓𝟓𝟓𝟓 − 𝟐𝟐.𝟏𝟏𝟓𝟓𝟓𝟓� = = [𝟒𝟒𝟏𝟏𝟐𝟐𝟏𝟏,𝟐𝟐𝟓𝟓𝟒𝟒 − 𝟐𝟐𝟓𝟓𝟐𝟐] − [𝟒𝟒𝟓𝟓𝟓𝟓𝟓𝟓 − 𝟐𝟐𝟓𝟓𝟓𝟓] = = 3919,204 – 3800 = 119,204 C’(x) = derivada da função C(x) = 𝟐𝟐𝟐𝟐 𝟑𝟑 𝟓𝟓𝟓𝟓𝟓𝟓 − 𝟐𝟐𝟐𝟐 Logo, C’(x) = 𝟔𝟔𝟐𝟐 𝟐𝟐 𝟓𝟓𝟓𝟓𝟓𝟓 − 𝟐𝟐 C’(100) = 𝟔𝟔.𝟏𝟏𝟓𝟓𝟓𝟓 𝟐𝟐 𝟓𝟓𝟓𝟓𝟓𝟓 − 𝟐𝟐 C’(100) = 𝟔𝟔𝟓𝟓𝟓𝟓𝟓𝟓𝟓𝟓 𝟓𝟓𝟓𝟓𝟓𝟓 − 𝟐𝟐 C’(100) = 𝟔𝟔𝟓𝟓𝟓𝟓𝟓𝟓𝟓𝟓 𝟓𝟓𝟓𝟓𝟓𝟓 − 𝟐𝟐 ∴ C’(100) = 118 A diferença entre 119,20 e 118 é de 1,20, ou seja, muito pequena em relação ao valor do custo adicional; portanto, o custo marginal C’(x) ao nível de produção x é aproximadamenteigual ao custo de produzir uma unidade a mais. 4 Matemática II Senac São Paulo - Todos os Direitos Reservados Agora suponhamos que a lei da demanda de um produto é dada pela função linear 2q + 5p = 8, em que p é o preço e q é a quantidade demandada. Para determinar a receita total e a receita marginal, respectivamente, fazemos o seguinte: (i) RT(q) = p . q RT(q) 𝟖𝟖−𝟐𝟐𝟐𝟐 = � � .𝟐𝟐 𝟓𝟓 𝟐𝟐 RT(q) 𝟖𝟖𝟐𝟐−𝟐𝟐𝟐𝟐 = 𝟓𝟓 (ii) RT’(q) 𝟖𝟖−𝟒𝟒𝟐𝟐 = 𝟓𝟓 1.2 Regra de L’Hôpital Dizemos que uma função da forma 𝒇𝒇(𝟐𝟐) 𝒈𝒈(𝟐𝟐) apresenta uma indeterminação da forma 𝟓𝟓 𝟓𝟓 no ponto a quando ambas as funções f e g tendem a 0 quando x tende a a. Utilizamos a regra de L’Hôpital para levantar indeterminações, transferindo o cálculo do limite do quociente das funções f e g para o cálculo do limite do quociente das derivadas de f e g. Regra de L’Hôpital: Sejam f e g funções diferenciáveis num intervalo aberto I em torno de um ponto a, exceto possivelmente no ponto a. Suponhamos que g(x) ≠ 𝟓𝟓 𝐩𝐩𝐩𝐩𝐩𝐩𝐩𝐩 𝐱𝐱 ∈ 𝐈𝐈, 𝐱𝐱 ≠ 𝐩𝐩. 𝐒𝐒𝐒𝐒 𝐥𝐥𝐥𝐥𝐥𝐥 𝟐𝟐→𝒂𝒂 𝒇𝒇(𝟐𝟐) = 𝟓𝟓, 𝐥𝐥𝐥𝐥𝐥𝐥 𝟐𝟐→𝒂𝒂 𝒈𝒈(𝟐𝟐) = 𝟓𝟓, 𝐒𝐒 𝐥𝐥𝐥𝐥𝐥𝐥 𝟐𝟐→𝒂𝒂 𝒇𝒇′(𝟐𝟐) 𝒈𝒈′(𝟐𝟐) = 𝐋𝐋, 𝐒𝐒𝐞𝐞𝐞𝐞ã𝐨𝐨 𝐥𝐥𝐥𝐥𝐥𝐥 𝟐𝟐→𝒂𝒂 𝒇𝒇′(𝟐𝟐) 𝒈𝒈′(𝟐𝟐) = 𝐋𝐋. Fonte: HARIKI, S.; ABDOUNUR, O. J. 1999, p. 155. 5 Matemática II Senac São Paulo - Todos os Direitos Reservados Vejamos o exemplo a seguir: Calcule lim 𝑥𝑥→3 𝑥𝑥2−9 𝑥𝑥−3 . Solução: Como lim 𝑥𝑥→3 𝑥𝑥2 − 9 = 0 e lim 𝑥𝑥→3 𝑥𝑥 − 3 = 0, temos uma indeterminação da forma 0 0 . Aplicando a regra de L’Hôpital descrita anteriormente, temos: lim 𝑥𝑥→3 𝑥𝑥2 − 9 𝑥𝑥 − 3 = lim 𝑥𝑥→3 2𝑥𝑥 1 = 6 Quando x tende 𝒂𝒂 + ∞ 𝐨𝐨𝐨𝐨 𝒂𝒂 −∞, a regra de L’Hôpital continua a valer de maneira análoga. Considerações finais Nesta aula tivemos a oportunidade de verificar conceito, fórmulas e regras de derivação. Conforme vimos, a derivada é importante e útil na determinação do comportamento de funções em certos pontos. Percebemos também que, por meio da derivada, chegamos à certa simplificação tanto de cálculos quanto das funções propriamente ditas. Isso representou uma alavanca na compreensão histórica de vários conteúdos matemáticos. Sempre é bom lembrar que a releitura da aula é de fundamental importância para a compreensão e fixação do tema. Bons estudos! Referências HARIKI, S.; ABDOUNUR, O. J. Matemática aplicada: administração, economia e contabilidade. São Paulo: Saraiva, 1999. SÁ, I. P. de. Estudos da derivadas: conceitos e aplicações. 2006. Disponível em: <http://www.magiadamatematica.com/uss/administracao/09-derivadas.pdf>. Acesso em: abr. 2013. THOMAS, G. B.; WEIR, M. D.; HASS, J. Cálculo 1. São Paulo: Pearson, 2012. Matemática II Aula 13 . Integral definida Objetivos Específicos • Entender os conceitos e a utilização de cálculo da integral definida. Temas Introdução 1 Integral definida Considerações finais Referências Professora Eline Dias Moreira 2 Matemática II Senac São Paulo - Todos os Direitos Reservados Introdução O cálculo da integral é utilizado em todas as áreas das Ciências sempre que um problema pode ser modelado matematicamente e uma solução ótima é desejada. Em Administração e em Economia, o cálculo permite a determinação do lucro máximo fornecendo uma fórmula para calcular tanto o custo marginal quanto a receita marginal, por exemplo. Nesta aula você vai entender o cálculo da Integral por meio da Integral de Riemann e do cálculo da primitiva. Depois, estudaremos o Teorema Fundamental do Cálculo. Esse teorema é de importância central no cálculo, tanto que recebe o nome teorema fundamental para todo o campo de estudo. 1 Derivadas: análise marginal Para compreendermos os conceitos que envolvem o estudo de Integral, é necessário que realizem a leitura do trecho do capítulo “Integração” (THOMAS et al., 2012, p. 313-316). Os autores apresentam de maneira sintética a integração definida e a aplicação do teorema fundamental do cálculo. THOMAS, G. B.; WEIR, M. D.; HASS, J. Cálculo 1. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2012. Seja f(x) uma função definida em um intervalo [a, b] com a representação gráfica a seguir: 3 Matemática II Senac São Paulo - Todos os Direitos Reservados Gráfico 1 – Representação gráfica de uma função f(x) O cálculo da área S da figura formada pela curva e pelo eixo x no intervalo [a, b] pode representar um desafio aos estudantes, em razão da curvatura do lado superior. Uma maneira aproximada de calcular essa área é dividir qualquer intervalo [a, b] de função a ser estudada em pequenos intervalos e, em cada um desses pequenos intervalos, calcular a área de cada retângulo construído. Veja a representação gráfica a seguir: Gráfico 2 – Representação gráfica de uma função f(x) Fonte: geogebra.org. 4 Matemática II Senac São Paulo - Todos os Direitos Reservados Cada retângulo construído tem área que pode ser calculada da seguinte maneira: • Base – representada pelo comprimento parcial do intervalo: ∆𝑥𝑥 • Altura – representada a partir de cada ponto de x e tomadas em y: h = f(x) Assim, se tomarmos como exemplo a primeira área parcial correspondente ao primeiro retângulo, teremos: • Área = f(x). ∆𝑥𝑥 • Área = 1 (–0,25) • Área = 0,25 Utilizamos valores positivos para o cálculo de medidas de superfície; no caso, a área da função no intervalo [–1; 1,5]. A área desse retângulo é uma aproximação da área sob a curva e o eixo x no intervalo [–1; 1,5]. É intuitivo que, quanto menor a base ∆𝑥𝑥, menor seja a diferença entre as áreas do retângulo e a área sob a curva que corresponde ao mesmo intervalo. Então, ao construir pequenos retângulos, como vimos no intervalo do gráfico [–1; 1,5], e somando suas áreas, obtemos um valor aproximado da área da figura formada pela curva e o eixo x naquele intervalo. 1.1 Integral de Riemann Seja f uma função contínua no intervalo [a, b] e a = x0 <x1< x2<...<xn = b, a subdivisão do intervalo [a, b] em intervalos parciais. Em cada um desses intervalos parciais, escolhemos um ponto p. A soma a seguir recebe o nome de soma de Riemann da função f sobre o intervalo [a, b] para a divisão adotada e para a escolha dos pontos p em cada intervalo. 5 Matemática II Senac São Paulo - Todos os Direitos Reservados �𝒇𝒇(𝒑𝒑𝟏𝟏).∆𝒙𝒙𝟏𝟏 𝒏𝒏 𝒊𝒊=𝟏𝟏 = 𝒇𝒇(𝒑𝒑𝟏𝟏).∆𝒙𝒙𝟏𝟏 + 𝒇𝒇(𝒑𝒑𝟐𝟐).∆𝒙𝒙𝟐𝟐 + … + 𝒇𝒇(𝒑𝒑𝒏𝒏).∆𝒙𝒙𝒏𝒏 Caso o limite seja um número real, recebe o nome de integral de Riemann ou integral definida da função f sobre o intervalo [a, b]: 𝐥𝐥𝐥𝐥𝐥𝐥 𝒏𝒏→∞ �𝒇𝒇(𝒑𝒑𝒊𝒊).∆𝒙𝒙𝒊𝒊 𝒏𝒏 𝒊𝒊=𝟏𝟏 𝒆𝒆𝐥𝐥𝐦𝐦𝐦𝐦∆𝒙𝒙 → 𝟎𝟎 Esse número será indicado por: ∫ 𝒇𝒇(𝒙𝒙)𝒅𝒅𝒙𝒙 𝒃𝒃𝒂𝒂 Lê-se integral de f sobre o intervalo [a, b]. Se f é uma função não negativa no intervalo [a, b], o número dado pela integral de f sobre esse intervalo é a área definida pela curva e o eixo x no intervalo. Área = ∫ 𝒇𝒇(𝒙𝒙)𝒅𝒅𝒙𝒙 𝒔𝒔𝒆𝒆 𝒇𝒇(𝒙𝒙)𝒃𝒃𝒂𝒂 ≥ 𝟎𝟎 𝒆𝒆𝒆𝒆 [𝒂𝒂,𝒃𝒃] Na prática, a integral de f sobre [a, b] não é calculada usando-se a definição, pois, a não ser em casos particulares, a determinação do limite da soma de Riemann apresenta-se como um caminho um tanto complexo. Existe uma forma prática para esse cálculo, baseado no conceito de primitiva de uma função. 1.2 Primitiva de uma função Seja F uma função derivável em um intervalo aberto qualquer que podemos denominar A. Chamando de f sua derivada, podemos escrever, para todo ponto x do intervalo A: F’(x) = f(x) com x ∈ A 6 Matemática II Senac São Paulo - Todos os Direitos Reservados A função F é, assim,
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