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xmx a m a log.log = FUNDAMENTOS DE MATEMÁTICA NOTAS DE AULA Mylane dos Santos Barreto Salvador Tavares 2019 Mylane dos Santos Barreto Salvador Tavares FUNDAMENTOS DE MATEMÁTICA NOTAS DE AULA 1ª. edição ISBN: 978-85-922234-5-8 Campos dos Goytacazes/RJ Mylane dos Santos Barreto Salvador Tavares 2019 ÍNDICE Apresentação ........................................................................................ 2 1 Conceitos iniciais ................................................................................ 3 1.1. Produtos notáveis ...................................................................... 3 1.2. Casos clássicos de fatoração ..................................................... 6 1.3. Expressões algébricas e valor numérico ................................... 10 1.4. Noções de porcentagem ............................................................ 12 2 Função polinomial do 1o. grau ............................................................. 17 2.1 Definição ..................................................................................... 17 2.2 Coeficientes ................................................................................ 18 2.3 Gráfico ........................................................................................ 18 2.4 Crescimento e decrescimento ..................................................... 20 2.5 Zero (ou raiz) .............................................................................. 21 2.6 Resumo ...................................................................................... 21 2.7 Exercícios de fixação .................................................................. 22 3 Função polinomial do 2º. grau ............................................................. 23 3.1 Definição ..................................................................................... 23 3.2 Gráfico ........................................................................................ 23 3.3 Zeros (ou raízes) ......................................................................... 26 3.4 Conjunto imagem ........................................................................ 27 3.5 Resumo ...................................................................................... 28 3.6 Exercícios de fixação .................................................................. 28 4 Função exponencial ............................................................................ 30 4.1 Recapitulando ............................................................................. 30 4.2 Definição ..................................................................................... 31 4.3 Gráfico ........................................................................................ 31 4.4 Resumo ...................................................................................... 35 4.5 Exercícios de fixação ........................ .......................................... 36 5 Função logarítmica ............................................................................. 37 5.1 Logaritmos .................................................................................. 37 5.2 Definição ..................................................................................... 39 5.3 Gráfico ........................................................................................ 39 5.4 Resumo ...................................................................................... 41 5.5 Exercícios de fixação .................................................................. 42 6 Funções definidas por várias sentenças ............................................. 43 6.1 Exercícios de fixação .................................................................. 43 7 Noção intuitiva de limites .................................................................... 44 7.1 Exercícios preliminares ............................................................... 44 7.2 Função contínua ......................................................................... 49 7.3 Exercícios de fixação .................................................................. 50 8 Gabaritos ............................................................................................ 52 Fundamentos de Matemática – Notas de Aula 2 Mylane dos Santos Barreto Salvador Tavares Apresentação Este livro destina-se aos estudantes que desejam resgatar os conceitos necessários para um curso de Pré-Cálculo em Engenharia, Administração, Ciências Contábeis e licenciatura em Matemática. É fruto da observação dos autores ao longo de vários anos convivendo com alunos ingressantes nos cursos citados acima que tem dificuldades recorrentes em Matemática. No Capítulo 1 é feita uma revisão de conceitos iniciais tais como produtos notáveis, passando pelos casos clássicos de fatoração, simplificações de expressões algébricas, cálculo de valor numérico e noções de porcentagens. Nos Capítulos de 2 a 5 são apresentadas as funções polinomiais de 1o. e 2o. graus, a exponencial e a logarítmica. É desejável que essas funções sejam identificadas por meio das leis que as define bem como por meio dos gráficos que representam cada uma delas. É esperado que os estudantes, ao final desse estudo das funções aqui apresentadas, sejam capazes de esboçar os gráficos utilizando os pontos fundamentais e as propriedades estudadas. No Capítulo 6 são discutidos os traçados dos gráficos de funções definidas por várias sentenças. No Capítulo 7 é feita uma introdução às noções intuitivas de limites e apresentada a definição de continuidade de uma função num ponto. Esperamos que essa obra sirva de balizamento para que os estudantes possam seguir seu curso e que as dificuldades dependentes das ideias aqui trabalhadas sejam minimizadas. Os autores Fundamentos de Matemática – Notas de Aula 3 Mylane dos Santos Barreto Salvador Tavares 1 CONCEITOS INICIAIS 1.1 Produtos notáveis Nesse item iremos rever alguns casos clássicos de produtos notáveis. 1.1.1 Quadrado de uma soma de dois termos é uma expressão do tipo: (a + b)2 = (a + b)(a +b) = a2 + ab + ba + b2 = a2 + 2ab + b2 Assim, (a + b)2 = a2 + 2ab + b2 De modo geral, o quadrado da soma de dois termos é igual ao quadrado do primeiro termo, mais o dobro do produto dos dois termos e mais o quadrado do segundo termo. Exemplos: a) 𝑥 + 3 $ = 𝑥$ + 2 ∙ 𝑥 ∙ 3 + 3$ = 𝑥$ + 6𝑥 + 9 b) 𝑎 + 5𝑏 $ = 𝑎$ + 2 ∙ 𝑎 ∙ 5𝑏 + 5𝑏 $ = 𝑎$ + 10𝑎𝑏 + 25𝑏$ c) 0 $ + 3𝑥$ $ = 0 $ $ + 2 ∙ 0 $ ∙ 3𝑥$ + 3𝑥$ $ = 0 1 + 3𝑥$ + 9𝑥1 d) 3 + 5 $ = 3 $ + 2 ∙ 3 ∙ 5 + 5 $ = 3 + 2 15 + 5 = 8 + 2 15 1.1.2 Quadrado da diferença de dois termos é uma expressão do tipo: (a – b)2 = (a – b)(a – b) = a2 – ab – ba + b2 = a2 – 2ab + b2 Assim, tem-se que (a – b)2 = a2 – 2ab + b2 De modo geral, o quadrado da diferença de dois termos é igual ao quadrado do primeiro termo, menos o dobro do produto dos dois termos e mais o quadrado do segundo termo. Exemplos a) 2 − 3 $ = 2$ − 2 ∙ 2 ∙ 3 + 3 $ = 4 − 4 3 + 3 = 7 − 4 3 b) 5 − 1 $ = 5 $ − 2 ∙ 5 ∙ 1 + 1$ = 5 − 2 5 + 1 = 6 − 2 5 c) 𝑥$𝑦 − 2𝑎7 $ = 𝑥$𝑦 $ − 2 ∙ 𝑥$𝑦 ∙ 2𝑎7 + 2𝑎7 $ = 𝑥1𝑦$ − 4𝑥$𝑦𝑎7 + 4𝑎8 d) 5 − $ 9 𝑥 $ = 5$ − 2 ∙ 5 ∙ $ 9 𝑥 + $ 9 𝑥 $ = 25 − 4𝑥 + 1 $9 𝑥$ Fundamentos de Matemática – Notas de Aula 4 Mylane dos Santos Barreto Salvador Tavares 1.1.3 Produto da soma de dois termos pela diferença entre os mesmos é uma expressão do tipo: (a + b)(a – b) = a2 – ab + ba – b2 = a2 – b2 Simplificando, tem-se: (a + b)(a – b) = a2 – b2 De modo geral, o produto da soma de dois termos pela diferença entre eles é igual à diferença dos quadrados dosdois termos. Exemplos: a) 4 + 𝑥 4 − 𝑥 = 4$ − 𝑥$ = 16 − 𝑥$ b) 5 + 3 5 − 3 = 5$ − 3 $ = 25 − 3 = 22 c) 7 − 5 7 + 5 = 7 $ − 5 $ = 7 − 5 = 2 1.1.4 Cubo da soma de dois termos é uma expressão que se pode indicar assim: (a + b)3 = (a + b)(a + b)2 = (a + b)(a2 + 2ab + b2) = = a3 + 2a2b + ab2 + ba2 + 2ab2 + b3 = a3 + 3a2b + 3ab2 + b3 Simplificando a expressão tem-se que (a + b)3 = a3 + 3a2b + 3ab2 + b3 De modo geral, o cubo da soma de dois termos é igual ao cubo do primeiro termo, mais o triplo do quadrado do primeiro multiplicado pelo segundo, mais o triplo do primeiro multiplicado pelo quadrado do segundo e mais o cubo do segundo termo. Exemplos: a) 2 + 𝑥 7 = 27 + 3 ∙ 2$ ∙ 𝑥 + 3 ∙ 2 ∙ 𝑥$ + 𝑥7 = 8 + 12𝑥 + 6𝑥$ + 𝑥7 b) 𝑥 + 2𝑦 7 = 𝑥7 + 3𝑥$ ∙ 2𝑦 + 3𝑥 2𝑦 $ + 2𝑦 7 = 𝑥7 + 6𝑥$𝑦 + 12𝑥𝑦$ + 8𝑦7 c) 𝑎$ + 1 7 = 𝑎$ 7 + 3 ∙ 𝑎$ $ ∙ 1 + 3 ∙ 𝑎$ ∙ 1$ + 17 = 𝑎8 + 3𝑎1 + 3𝑎$ + 1 1.1.5 Cubo da diferença de dois termos é uma expressão que se pode indicar assim: (a – b)3 = (a – b)(a – b)2 = (a – b)(a2 – 2ab + b2) = = a3 – 2a2b + ab2 – ba2 + 2ab2 – b3 = a3 – 3a2b + 3ab2 – b3 Fundamentos de Matemática – Notas de Aula 5 Mylane dos Santos Barreto Salvador Tavares Simplificando a expressão tem-se que (a – b)3 = a3 – 3a2b + 3ab2 – b3 De modo geral, o cubo da diferença de dois termos é igual ao cubo do primeiro, menos o triplo do quadrado do primeiro multiplicado pelo segundo, mais o triplo do primeiro multiplicado pelo quadrado do segundo e menos o cubo do segundo termo. Exemplos: a) 1 − 𝑥 7 = 17 − 3 ∙ 1$ ∙ 𝑥 + 3 ∙ 1 ∙ 𝑥$ − 𝑥7 = 1 − 3𝑥 + 3𝑥$ − 𝑥7 b) 𝑥 − 2𝑦 7 = 𝑥7 − 3𝑥$ ∙ 2𝑦 + 3 ∙ 𝑥 ∙ 2𝑦 $ − 2𝑦 7 = 𝑥7 − 6𝑥$𝑦 + 12𝑥𝑦$ − 8𝑦7 c) 𝑎$ − 1 7 = 𝑎$ 7 − 3 ∙ 𝑎$ $ ∙ 1 + 3 ∙ 𝑎$ ∙ 1$ − 17 = 𝑎8 − 3𝑎1 + 3𝑎$ − 1 1.1.6 Um produto especial (a + b)(a2 – ab + b2) = a3 – a2b + ab2 + ba2 – ab2 + b3 = a3 + b3 e (a – b)(a2 + ab + b2) = a3 + a2b + ab2 – ba2 – ab2 – b3 = a3 – b3 De modo geral, tem-se (a + b)(a2 – ab + b2) = a3 + b3 e (a – b)(a2 + ab + b2) = a3 – b3 Exemplos: a) 𝑥 + 2 𝑥$ − 2𝑥 + 4 = 𝑥7 + 8 b) 𝑥$ + 𝑥𝑦 + 𝑦$ 𝑥 − 𝑦 = 𝑥7 − 𝑦7 c) 2: − 1 4: + 2: + 1 = 2: 7 − 17 = 2 − 1 = 1 d) $ 7 + ; $ 1 < − ; 7 + ; = 1 = > $? + ; : > Fundamentos de Matemática – Notas de Aula 6 Mylane dos Santos Barreto Salvador Tavares 1.1.7 Exercícios de fixação 1.1.7.1) Simplifique as expressões a seguir: a) 𝑥 + 10 $ b) 𝑥 − 6 $ c) 𝑥𝑦 − 0,3 $ d) 1 + 10 $ e) 3 3 − 1 $ f) ? $ − 𝑎 ? $ + 𝑎 g) 𝑥 3 + 5 𝑦 𝑥 3 − 5 𝑦 h) 𝑥$ − 3 𝑥1 + 3𝑥$ + 9 i) 3: + 1 9: − 3: + 1 1.2 Casos Clássicos de Fatoração A palavra fatorar significa decompor um número ou expressão algébrica em fatores. Os fatores são os termos de uma multiplicação. Portanto, fatorar significa escrever um número ou uma expressão na forma de multiplicação, explicitando os seus fatores. Alguns casos clássicos de fatoração tem os fatores facilmente determinados por serem resultados dos produtos notáveis apresentados na unidade anterior. Outros, porém não são tão evidentes, mas com um pouco de atenção podemos descobrir os diversos fatores. 1.2.1 Fator comum em evidência Esse caso caracteriza-se pela presença de um ou mais fator comum a todas as parcelas da expressão. Fatorar uma expressão desse tipo consiste em obter uma multiplicação indicada onde o fator comum fique explicitado (evidenciado). Exemplos: a) 𝑥$ + 3𝑥𝑦 = 𝑥 ∙ 𝑥 + 3𝑦 b) 5 2: + 5 3 + 5 = 5 2: + 3 + 1 c) 𝑥$𝑦 − 𝑥𝑦7 + 2𝑥𝑦 = 𝑥𝑦 𝑥 − 𝑦$ + 2 d) 𝑎 + 𝑏 𝑥 + 𝑎 + 𝑏 $ = 𝑎 + 𝑏 𝑥 + 𝑎 + 𝑏 Observe mais esses exemplos. e) 𝑥$ + 𝑥𝑦 + 𝑎𝑥 + 𝑎𝑦 Nesse caso, observa-se que nas duas primeiras parcelas o fator x é comum, enquanto nas duas últimas o fator comum é a. Assim podemos colocar os fatores x e a, respectivamente, em evidência, obtendo a expressão 𝑥$ + 𝑥𝑦 + 𝑎𝑥 + 𝑎𝑦 = 𝑥 𝑥 + 𝑦 + 𝑎 𝑥 + 𝑦 Fundamentos de Matemática – Notas de Aula 7 Mylane dos Santos Barreto Salvador Tavares Atente para a expressão final obtida na passagem anterior. Nela podemos observar que as duas parcelas têm o fator comum 𝑥 + 𝑦 . Sendo assim, é possível colocar esse fator comum em evidência e, finalmente, obter a expressão mais simples. 𝑥$ + 𝑥𝑦 + 𝑎𝑥 + 𝑎𝑦 = 𝑥 𝑥 + 𝑦 + 𝑎 𝑥 + 𝑦 = 𝑥 + 𝑦 𝑥 + 𝑎 Esse é um caso especial do fator comum em evidência, também chamado “agrupamento”. O caso de fatoração por agrupamento consiste em agrupar parcelas que tenham fatores comuns de modo que colocando estes em evidência, consigamos explicitar dois outros que possam também serem colocados em evidência e, assim, simplificando a expressão. Vejamos outros exemplos: f) 𝑥7 + 𝑥𝑦 − 𝑏𝑥$ − 𝑏𝑦 = 𝑥 𝑥$ + 𝑦 − 𝑏 𝑥$ + 𝑦 = 𝑥$ + 𝑦 𝑥 − 𝑏 g) 𝑥 2 + 3𝑥 + 2 2 + 6 = 𝑥 2 + 3 + 2 2 + 3 = 2 + 3 𝑥 + 2 1.2.2 Diferença de dois quadrados A diferença de dois quadrados é resultado do produto da soma pela diferença de dois termos conforme em 1.1.3. Assim temos que toda diferença de dois quadrados pode ser fatorada em produto de uma soma pela diferença de dois termos. a2 – b2 = (a + b)(a – b) Os dois termos dos fatores serão formados pela soma e pela diferença entre as raízes quadradas dos termos da diferença de quadrados. Exemplos: a) 𝑥$ − 𝑦$ = 𝑥 + 𝑦 𝑥 − 𝑦 b) 9𝑥$ − 16 = 3𝑥 + 4 3𝑥 − 4 c) $9 >0 − 4𝑥8 = 9 < + 2𝑥7 9 < − 2𝑥7 d) 36𝑦1 − 5 = 6𝑦$ + 5 6𝑦$ − 5 1.2.3 Trinômio do 2o. grau Todo trinômio do tipo 𝑎𝑥$ + 𝑏𝑥 + 𝑐, com 𝑎 ≠ 0 pode ser decomposto em fatores da seguinte forma 𝑎𝑥$ + 𝑏𝑥 + 𝑐 = 𝑎 𝑥 − 𝑟0 𝑥 − 𝑟$ sendo r1 e r2 as raízes do trinômio. Fundamentos de Matemática – Notas de Aula 8 Mylane dos Santos Barreto Salvador Tavares Exemplos: a) 𝑥$ − 3𝑥 + 2 Para fatorar esse trinômio observamos que 𝑎 = 1, 𝑏 = −3 e 𝑐 = 2. Igualando 𝑥$ − 3𝑥 + 2 = 0 e resolvendo a equação obtém-se 𝑟0 = 1 e 𝑟$ = 2. Assim temos 𝑥$ − 3𝑥 + 2 = 1 𝑥 − 1 𝑥 − 2 = 𝑥 − 1 𝑥 − 2 b) 𝑥$ + 𝑥 − 6 = 𝑥 − 2 𝑥 + 3 c) 3𝑥$ − 5𝑥 − 2 = 3 𝑥 + 0 7 𝑥 − 2 = 3𝑥 + 1 𝑥 − 2 d) 10𝑥$ − 9𝑥 + 2 = 10 𝑥 − $ 9 𝑥 − 0 $ = 2 ∙ 5 ∙ 𝑥 − $ 9 𝑥 − 0 $ = 5𝑥 − 2 2𝑥 − 1 Deixamos por sua conta a verificação das raízes e da aplicação da propriedade distributiva para se chegar às indicações obtidas nos itens c e d. e) 𝑥$ − 6𝑥 + 9 = 𝑥 − 3 𝑥 − 3 = 𝑥 − 3 $ f) 𝑥$ + 10𝑥 + 25 = 𝑥 + 5 𝑥 + 5 = 𝑥 + 5 $ g) 𝑎$ + 4𝑎 + 4 = 𝑎 + 2 𝑎 + 2 = 𝑎 + 2 $ Deixamos também por sua conta a verificação das raízes dos itens e, f e g. Note o formato final indicado nesses três últimos exemplos. Eles são chamados trinômios quadrados perfeitos. As três últimas expressões a serem fatoradas são resultados de quadrados de uma soma ou de uma diferença. De modo geral, os trinômios do 2o. grau do tipo 𝑥$ + 𝑏𝑥 + 𝑐 , com o coeficiente 𝑎 = 1 e raízes iguais 𝑟0 = 𝑟$ = 𝑟 podem ser fatorados assim 𝑥$ + 𝑏𝑥 + 𝑐 = 𝑥 − 𝑟 $. Note que a expressão da fatoração acima é de um trinômio quadrado perfeito em que 𝑏 = −2𝑟 e 𝑐 = 𝑟$. 1.2.4 Diferença de cubos A diferença de cubos é resultado de um produto notável visto no item 1.1.6. Lembremos que foi demonstrado que (a – b)(a2 + ab + b2) = a3 – b3, logo, podemos inferir que a3 – b3 = (a – b)(a2 + ab + b2). Fundamentos de Matemática – Notas de Aula 9 Mylane dos Santos Barreto Salvador Tavares Exemplos: a) 8 − 𝑥7 = 2 − 𝑥 2$ + 2𝑥 + 𝑥$ = 2 − 𝑥 4 + 2𝑥 + 𝑥$ b) 27 − 𝑎8 = 3 − 𝑎$ 3$ + 3𝑎$ + 𝑎$ $ = 3 − 𝑎$ 9 + 3𝑎$ + 𝑎1 c) 0 > − 𝑥7𝑦7 = 0 $ − 𝑥𝑦 0 $ $ + 0 $ 𝑥𝑦 + 𝑥𝑦 $ = 0 $ − 𝑥𝑦 0 1 + 0 $ 𝑥𝑦 + 𝑥$𝑦$ 1.2.5 Soma de cubos Analogamente, a soma de cubos é resultado de um produto notável também visto no item 1.1.6.Lembremos que foi demonstrado que (a + b)(a2 – ab + b2) = a3 + b3, logo, podemos inferir que a3 + b3 = (a + b)(a2 – ab + b2). Exemplos: a) 𝑥7 + 𝑦7 = 𝑥 + 𝑦 𝑥$ − 𝑥𝑦 + 𝑦$ b) 𝑎7 + 8𝑦7 = 𝑎 + 2𝑦 𝑎$ − 2𝑎𝑦 + 2𝑦 $ = 𝑎 + 2𝑦 𝑎$ − 2𝑎𝑦 + 4𝑦$ c) 0 $? + 𝑥7 = 0 7 + 𝑥 0 7 $ − 0 7 𝑥 + 𝑥$ = 0 7 + 𝑥 0 < − 0 7 𝑥 + 𝑥$ 1.2.6 Exercícios de fixação 1.2.6.1) Fatore as expressões: 1) − 16 + a² 2) a4 – 1 3) a³ − 27 4) y³ + 8 5) 1 − 125a6 6) 64y³ + 1 7) x³y6 + 1000 8) 12a2b2 – 36a4b4 9) x ² − 6x + 8 10) 2x² − 3x + 1 11) − x² + 5x − 6 12) 2x² + 4x − 6 13) 4x3 + 16x2 14) 6x2 + 18x + ax + 3a 15) ax + ay + 2x + 2y 16) 2x + 2y − ax − ay 17) x³ + x² + x + 1 18) 4x² − 12xy + 9y² 19) y3 - 64 20) a3 + 125 Fundamentos de Matemática – Notas de Aula 10 Mylane dos Santos Barreto Salvador Tavares 1.3 Expressões algébricas e valor numérico O uso de fórmulas é muito comum em diversas áreas do saber, tais como em Física, Química, Estatística, Matemática Financeira, Economia, entre outras. Quando você aplica uma fórmula para determinar a área de uma figura geométrica plana ou espacial, o montante numa aplicação financeira ou a velocidade num problema em Física, você está calculando valores numéricos de expressões algébricas que são as fórmulas apropriadas de cada um desses ramos do saber. Nesta unidade vamos calcular os valores numéricos de diversas expressões algébricas, a título de exercício, para depois aplicarmos essas regras de cálculo nas outras áreas quando necessário. Calcular o valor numérico de uma expressão algébrica consiste em substituirmos as variáveis presentes pelos valores numéricos indicados e efetuarmos os cálculos. Exemplos: a) Calcular o valor numérico das expressões: a.1) E = 2x – 3y para 𝑥 = 5 𝑒 𝑦 = −4. Resolução Substituindo 𝑥 = 5 e 𝑦 = −4 em 𝐸 = 2 ∙ 5 − 3 ∙ −4 = 10 + 12 = 22. Portanto, o valor da expressão E = 22. a.2) E = − L $M tal que 𝑎 = −3 𝑒 𝑏 = 15. Resolução Substituindo os valores de 𝑎 = −3 e 𝑏 = 15 na expressão 𝐸 = − 09 $ .(V7) = 9 $ . Logo, o valor mais simples de 𝐸 = 9 $ . b) Seja 𝐶 𝑥, 𝑦 = 100 + 2𝑥 + 3𝑦 a função custo-conjunto para fabricar x unidades do produto I e y unidades de um produto II. b.1) Qual é custo de fabricação de 10 unidades de I e 20 unidades de II? Resolução Se valor do custo é dado pela expressão 𝐶 𝑥, 𝑦 = 100 + 2𝑥 + 3𝑦 então basta substituirmos os valores 𝑥 e y, respectivamente por 10 e 20 na lei. Assim, tem-se 𝐶 10,20 = 100 + 2 ∙ 10 + 3 ∙ 20 = 100 + 20 + 60 = 180. Fundamentos de Matemática – Notas de Aula 11 Mylane dos Santos Barreto Salvador Tavares Logo, o custo-conjunto de fabricação de 10 unidades de I e 20 unidades de II é igual a 180 unidades monetárias. b.2) Qual é a variação do custo quando se aumentam em 5 unidades a fabricação do produto I e em 6 unidades a do produto II, a partir da situação do item (a)? Resolução Nesse caso temos que os valores de x e y passam a ser, respectivamente, 15 e 26. E, devemos calcular o valor de expressão do custo para esses novos valores. Assim, tem-se 𝐶 15,26 = 100 + 2 ∙ 15 + 3 ∙ 26 = 100 + 30 + 78 = 208. Esse é o valor do custo para as quantidades acrescidas a x e y. Nota-se que o custo passou de 180 para 208. Houve, portanto um aumento no custo correspondente a 28 unidades monetárias. 1.3.1 Exercícios de fixação 1.3.1.1) Calcule o valor numérico das expressões seguintes: a) D = 𝑥$ − 4𝑦𝑧 tal que x = 3, y =1 e z = –4. b) ∆= 𝑏$ − 4𝑎𝑐 onde 𝑎 = −1, 𝑏 = 4 𝑒 𝑐 = 5. c) IMC = ` ;= tal que m = 75 e a = 1,7. d) v = $πb c tal que 𝑅 = 7e f e T = 2. e) 𝑥 = Vg± g =V1ij $i tal que p = 2, q = 5 e r = –3. 1.3.1.2) Em Economia, chama-se utilidade de um consumidor o grau de satisfação que o mesmo adquire ao consumir um ou mais bens ou serviços. Suponhamos que um consumidor tenha a seguinte função utilidade: , em que x1 e x2 são as quantidades consumidas dos bens I e II, respectivamente. Suponha que, no início, ele consuma 4 unidades de I e 6 unidades de II. a) Calcule o grau de satisfação inicial desse consumidor. b) Se o consumidor diminuir o consumo do produto I para 3 unidades, qual deve ser o consumo de II para manter o mesmo nível de satisfação. 2121 ),( xxxxU ×= Fundamentos de Matemática – Notas de Aula 12 Mylane dos Santos Barreto Salvador Tavares c) Se o consumidor aumentar o consumo do produto I para 12 unidades, qual deve ser o consumo de II para manter o mesmo nível de satisfação? 1.3.1.3) A função produção de Cobb-Douglas, para empresas industriais, é dada pela expressão , sendo P a quantidade de produto obtida pela combinação de uma quantidade T de trabalho e C de capital. Na expressão dada, k, são constantes positivas com . Nos itens a seguir apresentamos alguns exemplos dessas funções, para calcularmos o valor numérico. a) Calcule P (4, 9), sendo . b) Calcule P (16, 25), sendo . c) Calcule P (1, 4), sendo . d) Calcule P (16, 81), sendo . 1.4 Noções de Porcentagem 1.4.1 Os termos razão por cento ou razão centesimal, porcentagem e taxa unitária. Em nossa vida diária estão presentes situações de crédito, débito, aumento, desconto, aplicações, rendimentos, investimentos, entre outras. Todos esses termos envolvem o uso de cálculos relacionados à utilização de taxas percentuais. Mas o que significa isso? Primeiro vamos lembrar que todo número pode ser escrito de diversas maneiras. Por exemplo: a) 4 = 1 + 3 = 2$ = 0$ 7 = $e 9 = 1ee 0ee = 8e 09 = ⋯ b) 7 9 = 8 0e = 8e 0ee = 0,6 = 0,60 = ⋯ Uma forma muito utilizada de representação de um número é a forma de razão de denominador 100, também chamada de razão por cento ou percentual (porcentual). É comum escrever a razão 0$ 0ee , de maneira simplificada, assim 12%. Isto é, substituindo o denominador 100 pelo símbolo %. Toda razão por cento pode ser escrita na forma de número decimal. Essa forma de número decimal correspondente à razão por cento é denominada taxa unitária. Para se calcular a taxa unitária equivalente à taxa percentual basta efetuar a divisão por cem na razão por cento. Assim, a taxa percentual 12% = 0$ 0ee = 0,12. βα C.T.k)C,T(P = βα e 1=+ βα 5,05,0 C.T)C,T(P = C.T.10)C,T(P = 2 1 2 1 C.T.20)C,T(P = 25,075,0 C.T.50)C,T(P = Fundamentos de Matemática – Notas de Aula 13 Mylane dos Santos Barreto Salvador Tavares Porcentagem Razão centesimal Taxa unitária ou número decimal 12% 12 100 0,12 1.4.2 Fator de correção Nesta unidade vamos aprender as diversas maneiras de se calcular os valores reajustados ou corrigidos de um produto. Vamos construir o conceito do chamado fator de correção. Exemplos: a) O salário de R$ 1200,00 de uma pessoa vai ser reajustado em 15%. Pergunta-se: a.1) De que maneira você pode calcular o novo salário após o aumento? Resolução Uma maneira é 1o. calcular o reajuste correspondente aos 15%. Assim 15% de R$ 1200,00 = 0,15 x 1200,00 = 180,00. Em seguida acrescentar ao salário esse valor calculado 1200 + 180 = 1380. Obtendo-se assim o valor procurado igual a R$ 1380,00. a.2) Qual é o fator de reajuste do salário? Resolução Calcular o fator de reajuste significa determinar o fator pelo qual se deve multiplicar o salário de modo que seja possível calcular diretamenteo valor acrescido do percentual de aumento. Assim temos que o salário aumentado é calculado conforme segue abaixo: 1200 + 180 = 1200 + 0,15 x 1200 = (1 + 0,15) x 1200 = 1,15 x 1200 Observe que pudemos fatorar a expressão 1200 + 0,15 x 1200 = (1 + 1,15) x 1200, colocando o valor 1200 em evidência e que efetuando a multiplicação 1,15 x 1200 = 1380, obtém-se o valor final acrescido dos 15%. O fator 1,15 quando multiplicado pelo salário atual gera o valor reajustado, sendo assim chamado de fator de reajuste ou de correção. Notemos que esse também pode ser um procedimento correto e mais rápido para se calcular o valor reajustado. Fundamentos de Matemática – Notas de Aula 14 Mylane dos Santos Barreto Salvador Tavares b) Uma loja entrou em liquidação, dando descontos variados de acordo com a etiqueta do produto. Complete a tabela corretamente. Preço do produto Taxa desconto Valor do desconto Preço a pagar % do preço a pagar b.1) R$ 380,00 15% b.2) R$ 430,00 10% b.3) R$ 168,00 R$ 10,08 Resolução b.1) Para se calcular o desconto de 15% sobre 380, podemos efetuar a seguinte operação 0,15 x 380 = 57. Se esse é o desconto então o preço a pagar é 380 – 57 = 323. Se o produto tem um desconto de 15% então o percentual do preço do produto a pagar é 1 − 0,15 = 0.85, isto é, 85%. b.2) Analogamente, para o desconto correspondente é 0,1 x 430 = 43. E o preço a pagar pode ser calculado assim: 430 − 43 = 387. O percentual do preço a pagar corresponde a 1 − 0,1 = 0,9, isto é, 90%. b.3) Neste caso, sabemos o preço do produto R$ 168,00 e o valor do desconto R$ 10,08. Assim, para calcular a taxa de desconto, basta dividir o valor do desconto pelo preço do produto. 0e,e> 08> = 0,06 = 6%. O preço a pagar será 168 − 10,08 = 157,92. O percentual do preço a pagar é 1 − 0,06 = 0,94 = 94% 1.4.3 Exercícios de fixação 1.4.3.1) Um produto que custa R$ 2380,00 numa loja, entrará em promoção para o Natal. Na promoção seu preço terá um abatimento de 16%. Pergunta- se: a) De que maneira você pode calcular o preço do produto na promoção? b) Qual é fator de correção do preço? 1.4.3.2) Uma mercadoria é vendida em, no mínimo, três prestações iguais, totalizando o valor de R$ 900,00. Caso seja adquirida à vista, a loja oferece um desconto de 12% sobre o valor a prazo. Pergunta-se: a) qual o valor do desconto para pagamento à vista? b) qual o preço da mercadoria à vista? Fundamentos de Matemática – Notas de Aula 15 Mylane dos Santos Barreto Salvador Tavares 1.4.3.3) Uma loja entrou em liquidação, dando descontos variados de acordo com a etiqueta do produto. Complete a tabela corretamente. Preço do produto Taxa desconto Valor do desconto Preço a pagar % do preço a pagar R$ 984,00 25% R$ 357,00 R$ 328,44 R$ 75,00 85 R$ 240,00 R$ 560,00 10% R$ 43,00 1.4.3.4) Quando o preço de um produto sofre um aumento ou uma redução podemos determinar o preço a pagar diretamente multiplicando o preço atual por um fator de aumento ou diminuição. Esse fator corrige o preço para mais ou para menos, e, portanto, pode ser chamado de fator de correção. A Gerência de uma firma encaminhou para o funcionário responsável pela atualização dos preços uma tabela contendo uma lista de produtos que terão seus preços corrigidos. Alguns produtos entrarão em oferta, com descontos, e outros terão um aumento nos preços. Complete corretamente a tabela. Preço do produto % de aumento % de desconto Fator de correção Preço atualizado R$ 145,00 12 ----------- R$ 690,00 ----------- 2,5 R$ 1200,00 0,5 ----------- R$ 1350,00 ----------- 6,2 R$ 3570,00 110 ----------- 1.4.3.5) Complete a tabela corretamente com as representações equivalentes Porcentagem Taxa unitária ou número decimal 15% 1% 5% 7,2% 0,25 13,5% 0,32 115% 3,2 1200% 0,81 34 1.4.3.6) Em uma sala de aula com 52 alunos, 13 moram em outra cidade. Expresse a porcentagem de alunos dessa turma que moram fora. Fundamentos de Matemática – Notas de Aula 16 Mylane dos Santos Barreto Salvador Tavares 2 FUNÇÃO POLINOMIAL DO 1O. GRAU O conceito de função é um dos mais importantes da Matemática. Possivelmente, os babilônios tinham uma ideia de função, pois é sabido que várias tábuas contendo de quadrados, cubos e raízes quadradas foram utilizadas por eles. Sabe-se também que os pitagóricos estabeleceram relações entre grandezas físicas, como entre as alturas de sons e comprimentos das cordas vibrantes. No que concerne à variação, Nicolau Oresme (1323–1382) utilizou segmentos de reta para representar variações. Este conceito sofreu uma grande evolução ao longo dos séculos. Desde o tempo dos gregos até a Idade Moderna a teoria dominante era a Geometria Euclidiana que tinha como elementos básicos os conceitos de ponto, reta e plano. A partir desta época uma nova teoria, o Cálculo Infinitesimal, surgiu e se tornou fundamental para o desenvolvimento da Matemática. A noção de função serviu como um dos fundamentos do Cálculo Infinitesimal. O seu surgimento como conceito claramente individualizado e como objeto de estudo corrente em Matemática remonta apenas aos finais do século XVII. A origem da noção de função confunde-se assim com os primórdios do Cálculo Infinitesimal. Newton (1643 – 1727) fez uso da noção de função bastante aproximado do sentido atual. Leibniz (1646–1716) foi quem primeiro usou o termo função em 1673 e também responsável pela introdução dos termos constante, variável e parâmetro. Como consequência da evolução do estudo das funções surgiram numerosas aplicações da Matemática a outras ciências. Os cientistas, partindo de observações, procuravam uma fórmula (uma função) para explicar os sucessivos resultados obtidos. A função era, então, o modelo matemático que explicava a relação entre as variáveis. Assim, o conceito de função, que hoje nos parece simples, é resultado de uma evolução histórica conduzindo cada vez mais à abstração. 2.1 Definição Uma função 𝑓: 𝐼𝑅 → 𝐼𝑅 chama-se função polinomial do 1o. grau quando, para todo x Î IR, o valor de 𝑓 𝑥 é dado por uma expressão do tipo onde a Î IR* e b ÎIR. Exemplos: ) ( ) 3 1a f x x= + 1) ( ) 5 2 b f x x= - ) ( ) 3 8c f x x= - + baxxf +=)( Fundamentos de Matemática – Notas de Aula 17 Mylane dos Santos Barreto Salvador Tavares 2.2 Coeficientes 2.2.1 Coeficiente linear O número real b é chamado coeficiente linear. O ponto (0, b) representa o ponto de intersecção entre o eixo y e o gráfico da função polinomial do 1o. grau. 2.2.2 Coeficiente angular Considere dois pontos quaisquer (x1, y1) e (x2, y2) que satisfazem à função polinomial 𝑓 (𝑥) = 𝑎𝑥 + 𝑏. O número real a, denominado coeficiente angular é dado por 2.3 Gráfico O gráfico de uma função polinomial do 1o. grau é uma reta oblíqua aos eixos coordenados. Para traçarmos uma reta são necessários dois pontos distintos. E, com base nesse princípio do axioma da determinação de uma reta, reduziremos nosso trabalho para traçar as retas representativas das funções polinomiais do 1o. grau à construção de uma tabela com dois pontos quaisquer da reta. Exemplos: a) f 𝑥 = 2𝑥 − 1 Vamos fazer a tabela, preferencialmente, buscando os pontos de intersecção da reta com os eixos coordenados por serem mais fácies de serem determinados. Resolução Se x = 0 então f (0) = 2 ∙ 0 − 1 = −1. Para y = 0 tem-se que 2𝑥 − 1 = 0 ⟺ 2𝑥 = 1 ⟺ 𝑥 = 0 $ . Portanto, a tabela fica assim: 12 12 xx yy x ya - - = D D = x 0 y = f(x) –1 0 Fundamentos de Matemática – Notas de Aula 18 Mylane dos Santos Barreto Salvador Tavares Marcando os pontos no plano cartesiano Vamos fazer uma tabela, preferencialmente, buscandoos dois pontos de intersecção da reta com os eixos coordenados por serem mais fácies de serem marcados. Resolução Se x = 0 então f (0) = 0 2 2 2 - + = . Para y = 0 tem-se que 2 0 2 4 2 2 x x x- + = Û - = - Û = . Portanto, a tabela fica assim Marcando os pontos no plano cartesiano, obtém-se o gráfico abaixo. 2 2 )() +-= xxfb x 0 4 y = f(x) 2 0 O O Fundamentos de Matemática – Notas de Aula 19 Mylane dos Santos Barreto Salvador Tavares 2.4 Crescimento e decrescimento Uma função f é dita crescente se então . Uma função f é dita decrescente se então . No caso das funções polinomiais do 1 o. grau, podemos considerar o coeficiente angular a como uma forma de medir "quão rápido" a variável y está mudando à medida em que a variável x muda. Sendo assim, o coeficiente angular a é também chamado taxa de variação da função. Função crescente Função decrescente 2.5 Zero (ou raiz) Chama-se raiz ou zero de uma função polinomial do 1o. grau o valor de para o qual . Do ponto de vista geométrico, o ponto sendo representa o ponto de intersecção entre o gráfico da função e o eixo x. Numa função polinomial do 1o. grau, a raiz ou zero é dada por: 1 2x x£ 1 2( ) ( )f x f x£ 1 2x x£ 1 2( ) ( )f x f x³ 1 2x x£ ® 1 2( ) ( )f x f x£ 1 2x x£ ® 1 2( ) ( )f x f x³ )( fDxÎ 0)( =xf ))(,( xfx 0)( =xf 0,00)( ¹-=Þ=+Þ= a a bxbaxxf y2 y1 y2 y1 x1 x1 x2 x2 O O Fundamentos de Matemática – Notas de Aula 20 Mylane dos Santos Barreto Salvador Tavares 2.6 Resumo O gráfico de uma função polinomial do 1o. grau, observando-se os coeficientes angular e linear, pode ter um dos seguintes aspectos, conforme a tabela que segue: 2.7 Exercícios de Fixação 2.7.1) Esboce o gráfico de cada uma das funções dadas a seguir. 2) ( ) ( 1) ( 3) 4g f x x x x= - - + + 2.7.2) Dada função f 𝑥 = 5 − 2𝑚 𝑥 − 4, determine o valor de m para que a) f seja crescente. b) f (–2) = 18. c) o gráfico de f corte o eixo x no ponto (2, 0). 2 14)() 3 1)() 2 )() 1)() )() 2)() += + = = +-= -= -= xxff xxfe xxfd xxfc xxfb xxfa O x y b O x y b O x O O x y b a > 0 e b > 0 a > 0 e b = 0 a > 0 e b < 0 x y O b a < 0 e b < 0 a < 0 e b = 0 y x b y a < 0 e b > 0 b Fundamentos de Matemática – Notas de Aula 21 Mylane dos Santos Barreto Salvador Tavares 2.7.3) Para pavimentar as ruas de um bairro, uma empresa cobra uma taxa fixa mais um valor que varia em função do número de quilômetros pavimentados. O custo C da obra, em milhões de reais, em função do número x de quilômetros pavimentados é 𝐶 𝑥 = s 0e + 4. a) Qual é o custo total da obra se a avenida tiver 60 km de extensão? b) Se o custo total foi de 24 milhões de reais, quantos quilômetros foram pavimentados? 2.7.4) Para cada item dado abaixo faça o que se pede: a) Resolva a equação 12(2x – 1) –3(5 – x) = 6 – 2(4 – x). b) Sendo 𝑓 𝑥 = 3𝑥 − 7 calcule o valor de x para o qual 𝑓 𝑥 = 3 7. c) Determine se a função é crescente ou decrescente. d) Sendo , determine g −$ 9 . 10 2 2)( += xxg 3 2( ) 4 xg x += Fundamentos de Matemática – Notas de Aula 22 Mylane dos Santos Barreto Salvador Tavares 3 FUNÇÃO POLINOMIAL DO 2O. GRAU A origem do conceito de função está relacionada ao estudo das variações quantitativas presentes nos fenômenos naturais. A noção de função polinomial do 2o. grau está associada originalmente à ideia de equação do 2o. grau, como ocorreu por volta de 300 a.C., na Álgebra Geométrica do matemático grego Euclides (325-265 a.C). Uma contribuição importante é a de Nicolau Oresme (1323-1382), por exemplo, ao estudar o movimento uniformemente acelerado, representando num gráfico a velocidade variando com o tempo. No Renascimento destacaram-se as tentativas de explicar o movimento de queda livre de um corpo ou a trajetória de uma bola de canhão. Vários teóricos dos séculos XVI e XVII tentaram explicar essa trajetória que é descrita por uma parábola. Tais tentativas foram aperfeiçoadas até se chegar à parábola associada à curva da função polinomial do 2o. grau, o que acelerou a necessidade de se relacionar curvas (Geometria) a equações (Álgebra). No século XVI a Álgebra teve um significativo avanço. Surge então o conceito de variável que Descartes (1596-1650) e Fermat (1601-1665), e depois Newton (1643-1727) e Leibniz (1646-1716), iriam utilizar no estudo de curvas. A função polinomial do 2o. grau e suas propriedades tem aplicações no estudo de lançamento de projéteis, faróis de automóveis, antenas parabólicas e radares, nos esportes, entre outras. 3.1 Definição Chama-se função polinomial do 2o. grau ou função quadrática toda função f de IR em IR dada por uma lei da forma f (x) = ax2 + bx + c, tal que a, b e c são números reais com a 0¹ . Exemplos: a) 𝑓 𝑥 = 3𝑥$ − 4𝑥 + 1, tem-se a = 3, b = – 4 e c = 1. b) 𝑓 𝑥 = 𝑥$ − 1, com a = 1, b = 0 e c = –1. c) 𝑓 𝑥 = −𝑥$ + 8𝑥, tal que a = –1, b = 8 e c = 0. d) 𝑓 𝑥 = − 7s = $ , com a = − 7 $ , b = 0 e c = 0. 3.2 Gráfico O gráfico de uma função polinomial do 2o. grau, y = ax2 + bx + c, com a 0, é uma curva chamada parábola. A parábola que representa uma função polinomial do 2o. grau tem sempre a concavidade voltada para baixo ou para cima e possui um eixo de simetria vertical, passando pelo vértice V, cuja equação é x = xv. As coordenadas do vértice V da parábola são dadas pelas fórmulas: 𝑽 = − 𝒃 𝟐𝒂 , − 𝚫 𝟒𝒂 . Fundamentos de Matemática – Notas de Aula 23 Mylane dos Santos Barreto Salvador Tavares É recomendado que ao fazer a tabela de pontos da função polinomial do 2o. grau você comece pelo vértice, usando alguns valores de x maiores que o x do vértice e também alguns menores que ele. Dessa forma você assegura a marcação de pontos dos dois ramos da parábola. 3.2.1 Exemplos a) 𝑓 𝑥 = 𝑥$ − 2𝑥 − 3 Vamos inicialmente determinar as coordenadas do vértice. Assim, se 𝑥z = − {$; então 𝑥z = − V$ $∙0 = 1. Se 𝑥z = 1 então, substituindo esse valor na lei, tem-se: 𝑦z = 𝑓 1 = 1$ − 2 ∙ 1 − 3 = 1 − 2 − 3 = −4. A partir da determinação das coordenadas do vértice, podemos fazer a tabela que segue. x ... –2 –1 0 1 2 3 4 ... y ... –4 ... Completando a tabela, calculam-se os valores de y e, marcando os pontos, obtém-se o esboço do gráfico, conforme abaixo. O V Fundamentos de Matemática – Notas de Aula 24 Mylane dos Santos Barreto Salvador Tavares b) 𝑦 = −𝑥$ + 4𝑥 + 5 Vamos, inicialmente, determinar as coordenadas do vértice. Assim, se 𝑥z = − {$; então 𝑥z = − 1 $∙ V0 = − 1 V$ = 2. Se 𝑥z = 2 então, substituindo esse valor na lei, tem-se: 𝑦z = 𝑓 2 = −2$ + 4 ∙ 2 + 5 = −4 + 8 + 5 = 9. A partir da determinação das coordenadas do vértice, podemos fazer a tabela que segue. x ... –1 0 1 2 3 4 5 ... y ... 9 ... Completando a tabela, calculam-se os valores de y e, marcando os pontos, obtém-se o esboço do gráfico, conforme abaixo. 3.2.2 Observações 3.2.2.1) A parábola que representa uma função polinomial do 2o. grau sempre corta o eixo y no ponto (0, c). V O Fundamentos de Matemática – Notas de Aula 25 Mylane dos Santos Barreto Salvador Tavares 3.2.2.2) Ao construir o gráfico de uma função polinomial do 2o. grau, nota-se sempre que: • Se a > 0, a parábola tem a concavidade voltada para cima • Se a < 0, a parábola tem a concavidade voltada para baixo 3.3 Zeros (ou raízes) Os zeros (ou raízes) da função polinomialdo 2o. grau são os valores reais x tais que f (x) = 0. Então as raízes da função f (x) = ax2 + bx + c são as soluções da equação do 2º. grau ax2 + bx + c = 0, com 𝑎 ≠ 0. As raízes são determinadas pela fórmula resolutiva a acbbx 2 42 -±- = O O Fundamentos de Matemática – Notas de Aula 26 Mylane dos Santos Barreto Salvador Tavares A quantidade de raízes reais de uma função quadrática depende do valor obtido para o radicando ∆ = 𝑏$ − 4𝑎𝑐, chamado discriminante, a saber: D > 0 → as duas raízes são números reais distintos D = 0 → as duas raízes são números reais iguais D < 0 → não existem raízes reais 3.4 Conjunto Imagem O conjunto imagem Im da função y = ax2 + bx + c, a 0, é o conjunto dos valores que y pode assumir. Há duas possibilidades: • Quando a > 0 { }Im / / 4V y y y y y a Dì ü= Î ³ = Î ³ -í ý î þ ! ! • Quando a < 0 { }Im / / 4V y y y y y a Dì ü= Î £ = Î £ -í ý î þ ! ! O O Fundamentos de Matemática – Notas de Aula 27 Mylane dos Santos Barreto Salvador Tavares 3.5 Resumo Podemos, observando os sinais de Δ e de a, sintetizar que o gráfico de uma função polinomial do 2o. grau tem um dos seguintes aspectos: 0D > 0D = 0D < 0D > 0D = 0D < a>0 a<0 3.6 Exercícios de fixação 3.6.1) Esboce os gráficos das funções reais de variável real definidas pelas igualdades abaixo e determine o conjunto imagem de cada uma delas. a) 𝑓 𝑥 = −𝑥$ + 4𝑥 b) 𝑓 𝑥 = 𝑥$ − 49 c) 𝑓 𝑥 = 𝑥$ − 2𝑥 − 3 d) 𝑓 𝑥 = −𝑥$ + 5𝑥 − 3 e) 𝑓 𝑥 = 𝑥$ − 4𝑥 + 3 3.6.2) O gráfico abaixo representa a curva de equação y = ax² −10x + c. Determine os valores de a e c. 3.6.3) Para que valores de m o gráfico de 𝑓 (𝑥) = (𝑚 – 4)𝑥² – 2𝑥 + 𝑚 é uma parábola com concavidade voltada para cima? 3.6.4) Determine os valores de m para que o gráfico da função definida por 𝑓(𝑥) = 𝑥² -2𝑥 + 𝑚 não intersecte o eixo x. O −9 Fundamentos de Matemática – Notas de Aula 28 Mylane dos Santos Barreto Salvador Tavares 3.6.5) Calcule m de modo que o valor máximo da função definida por 𝑓(𝑥) = 𝑚𝑥² + (𝑚 -1)𝑥 + (𝑚 + 2) seja 2. 3.6.6) A parábola de equação y = −2𝑥$ + 𝑏𝑥 + 𝑐 passa pelo ponto (1,0) e seu vértice é o ponto (3, v). Determine o valor de v. 3.6.7) Determine a área máxima que pode ter um retângulo de perímetro igual a 20 cm. 3.6.8) Para que valores reais da constante m a equação x² – 6x + m = 0 admite raízes reais e iguais? 3.6.9) Para que valores reais de x a expressão 0 s=V8s�> representa um número real? 3.6.10) Resolva em IR: a) x² + 5x = 0 b) – 2x² = –11x c) 2 0 3 xx - = d) x² – 36 = 0 e) 9x² – 4 = 0 f) 2x² + 18 = 0 g) –3x² = 0 h) x² + 2x – 15 = 0 i) 2x² – 5x + 2 = 0 j) x² – 8x + 16 = 0 k) x² + 2x + 2 = 0 l) − s = 7 − 𝑥 + 6 = 0 m) 𝑥$ + 3𝑥 − 10 > 0 n) −𝑥$ + 4𝑥 + 5 ≥ 0 0) 𝑥 𝑥 + 3 < 𝑥(2 − 𝑥) Fundamentos de Matemática – Notas de Aula 29 Mylane dos Santos Barreto Salvador Tavares 4 FUNÇÃO EXPONENCIAL Vamos estudar um tipo de função que tem aplicações em vários processos de modelagem matemática, especialmente naqueles que descrevem estudos de demografias para prever o tamanho de populações, nas finanças para calcular o valor de investimentos, na arqueologia para datar artefatos antigos, na Psicologia para estudar padrões de aprendizado e na indústria para estimar a confiabilidade de produtos. Esses modelos usam propriedades e conhecimentos estudados nas funções exponenciais básicas. Para isso é preciso saber usar a notação exponencial e conhecer as operações algébricas que envolvem tais funções. 4.1 Recapitulando 4.1.1 Definições 4.1.1.1) Se b é um número real e n é um número inteiro positivo então 𝑏� = 𝑏 ∙ 𝑏 ∙ 𝑏 ∙ 𝑏 ∙ … ∙ 𝑏. n fatores 4.1.1.2) Se b > 0 e m e n são números inteiros positivos 𝑏` � = 𝑏� ` = 𝑏`� , onde 𝑏� é a raiz n-ésima de b. 4.1.1.3) Se 𝑏 ≠ 0 então 𝑏V` = 0 { ` = 0 {� . 4.1.1.4) b0 = 1, com 𝑏 ≠ 0. 4.1.2 Exemplos a) 39 = 3 ∙ 3 ∙ 3 ∙ 3 ∙ 3 = 243 b) 5V7 = 0 9: = 0 0$9 c) 360 $ = 36 = 6 d) 97 $ = 9 7 = 37 = 27 e) 27V$ 7 = 0 $?: = = 0 7= = 0 < 4.2 Definição Se b é um número real positivo e diferente de 1 (0 < 𝑏 ≠ 1), chama-se função exponencial de base b, a função que associa a cada número real x o número 𝑓 𝑥 = 𝑏s. Para termos uma ideia do aspecto da curva de uma função exponencial, vamos considerar os exemplos a seguir. Fundamentos de Matemática – Notas de Aula 30 Mylane dos Santos Barreto Salvador Tavares 4.3 Gráfico a) f 𝑥 = 2s Para traçar o gráfico que representa a função 𝑓 𝑥 = 2s, vamos calcular valores completando a tabela abaixo: x ... –2 –1 – 1 2 0 1 2 1 2 3 ... f (x) = 2x Assim temos: Se 𝑥 = 0 então 𝑓 0 = 2e = 1. Se 𝑥 = 0 $ então f 0 $ = 2 � = = 2. Se 𝑥 = 1 então 𝑓 1 = 20 = 2. Se 𝑥 = 2 então 𝑓 2 = 2$ = 4. Se 𝑥 = 3 então 𝑓 3 = 27 = 8. Se 𝑥 = −1 então 𝑓 −1 = 2V0 = 0 $ . Com esses valores podemos esboçar o gráfico da curva que representa a função. Observando o gráfico traçado acima, podemos destacar: 1 – A função é sempre crescente, isto é, 𝑥0 ≤ 𝑥$ ↔ 2s� ≤ 2s= 𝑥0 ≥ 𝑥$ ↔ 2s� ≥ 2s=. O Fundamentos de Matemática – Notas de Aula 31 Mylane dos Santos Barreto Salvador Tavares 2 – Quando x tende a −∞ então 2� tende a 0. Essa afirmação também pode ser escrita em linguagem estritamente simbólica assim: lim s→V� 2s = 0. Este fato pode ser interpretado, geometricamente, da seguinte forma: a curva que representa a função exponencial 𝑓 𝑥 = 2s tem por assíntota o eixo das abscissas. Isto é, a equação da assíntota é 𝑦 = 0. 3 – Quando x tende a +∞ então 2� tende a +∞. Analogamente, tal afirmação também pode ser escrita em linguagem estritamente simbólica assim: lim s→�� 2s = +∞. b) f 𝑥 = 0 $ s Para traçar o gráfico que representa a função 𝑓 𝑥 = 0 $ s , vamos calcular valores completando a tabela abaixo: x ... –2 –1 – 1 2 0 1 2 1 2 3 ... f(x) = æ öç ÷ è ø 1 2 x Assim temos: Se x = 0 então f (0) = 0 $ e = 1. Se 𝑥 = 0 $ então f 0 $ = 0 $ � = = $ $ . Se x = 1 então f (1) = 0 $ 0 = 0 $ . Se x = 2 então f (2) = 0 $ $ = 0 1 . Se x = 3 então f (3) = 0 $ 7 = 0 > . Se x = −1 então f (−1) = 0 $ V0 = 2. Completando também a tabela acima podemos esboçar o gráfico. Fundamentos de Matemática – Notas de Aula 32 Mylane dos Santos Barreto Salvador Tavares Observando o gráfico traçado acima, podemos destacar: 1 – A função é sempre decrescente, isto é, 𝑥0 ≤ 𝑥$ ↔ 1 2 s� ≥ 1 2 s= 𝑥0 ≥ 𝑥$ ↔ 0 $ s� ≤ 0 $ s= . 2 – Quando x tende a −∞ então 0 $ � tende a +∞. Essa afirmação também pode ser escrita em linguagem estritamente simbólica assim: lim s→V� 1 2 s = +∞ 3 – Quando x tende a +∞ então 0 $ � tende a 0. Analogamente, tal afirmação também pode ser escrita em linguagem estritamente simbólica assim: lim s→�� 0 $ s = 0. Este fato pode ser interpretado, geometricamente, da seguinte forma: a curva que representa a função exponencial 𝑓 𝑥 = 0 $ s tem por assíntota o eixo das abscissas. Isto é, a equação da assíntota é 𝑦 = 0. O Fundamentos de Matemática – Notas de Aula 33 Mylane dos Santos Barreto Salvador Tavares 4.4 Resumo De modo geral, o gráfico de uma função exponencial do tipo 𝑓 𝑥 = 𝑏s tem um dos aspectos apresentados noquadro a seguir. Ressaltando que o gráfico desse tipo de curva sempre passa pelo ponto 0,1 , sua intersecção com o eixo das ordenadas, e pelo ponto 1, 𝑏 então marcando-se tais pontos podemos esboçar rapidamente a curva. Se 0 < b < 1 1 – A função é sempre decrescente. Em linguagem simbólica: 𝑥0 ≤ 𝑥$ ↔ 𝑏s� ≥ 𝑏s= 𝑥0 ≥ 𝑥$ ↔ 𝑏s� ≤ 𝑏s= 2 – Quando x tende a −∞ então 𝑏s tende a +∞. Este fato pode ser descrito em linguagem estritamente simbólica da seguinte maneira: lim s→V� 𝑏s = +∞ 3 – Quando x tende a +∞ então 𝑏s tende a 0. Este fato pode ser descrito em linguagem estritamente simbólica da seguinte maneira: lim s→�� 𝑏s = 0 Se b > 1 1 – A função é sempre crescente. Em linguagem simbólica: 𝑥0 ≤ 𝑥$ ↔ 𝑏s� ≤ 𝑏s= 𝑥0 ≥ 𝑥$ ↔ 𝑏s� ≥ 𝑏s= 2 – Quando x tende a −∞ então 𝑏s tende a 0. Este fato pode ser descrito em linguagem estritamente simbólica da seguinte maneira: lim s→V� 𝑏s = 0 3 – Quando x tende a +∞ então 𝑏s tende a +∞. Este fato pode ser descrito em linguagem estritamente simbólica da seguinte maneira: lim s→�� 𝑏s = +∞ Propriedades comuns às duas funções exponenciais 1 – O conjunto-imagem é 𝐼𝑅�∗ , isto significa dizer que (∀𝑥)(𝑥 ∈ 𝐼𝑅)(𝑏s > 0). 2 – Os gráficos das duas curvas têm por assíntota a reta y = 0. 3 – Os gráficos das duas curvas passam pelo ponto (0, 1). 4 – Os gráficos das duas curvas passam pelo ponto (1, b). O O Fundamentos de Matemática – Notas de Aula 34 Mylane dos Santos Barreto Salvador Tavares 4.5 Exercícios de fixação 4.5.1) Use <, > ou = para completar corretamente as sentenças. a) 27,9 …… 2$,?< b) 0,7$7< …… 0,77e0 c) $ ? V7,1 …… $ ? V$,? d) 9 1 V7,9 …… 1 9 e,$< 4.5.2) Esboce os gráficos das curvas dadas por suas equações em cada caso abaixo. a) 𝑔 𝑥 = 3s b) ℎ 𝑥 = 𝜋s c) 𝑢 𝑥 = 𝑒s d) 𝑤 𝑥 = 0,2s e) 𝑡 𝑥 = 0,3s f) 𝑦 = 1,2s g) 𝑦 = 0,8s h) 𝑦 = 7 $ s 4.5.3) Esboce os gráficos das curvas dadas por suas equações em cada caso abaixo. a) 𝑔 𝑥 = 2s + 1 b) h 𝑥 = 2s − 3 c) 𝑡 𝑥 = 0 7 s + 2 d) 𝑦 = 𝑒s + 0 $ e) 𝑦 = 9 $ s − 2 4.5.4) Estude os limites no infinito de cada função apresentada na questão anterior. 4.5.5) Escreva a equação da assíntota de cada função exponencial esboçada na questão 4.5.3. 4.5.6) Se 𝑓 𝑥 = 5s=�$s então determine todos os valores reais de x para os quais 𝑓 𝑥 = 125. 4.5.7) De acordo com um grupo de cientistas, a população de bactérias em uma certa cultura pode ser modelada pela função P t = 5000ee,e09� onde t é o tempo em minutos após o início da observação. Calcule: a) A população de bactérias após uma hora do início da observação; b) Calcule o número de bactérias após duas horas do início da observação. Fundamentos de Matemática – Notas de Aula 35 Mylane dos Santos Barreto Salvador Tavares 5 FUNÇÃO LOGARÍTMICA Textos babilônios datados de cerca de 600 a. C. trazem a seguinte questão “A que potência deve ser elevado certo número para fornecer um número dado?” É também desde os babilônios que se tem notícias de tabelas contendo potências sucessivas de um dado número, semelhantes às tabelas atuais de logaritmos. Apesar dos rudimentos do que viriam a ser os logaritmos, já serem conhecidos pelos babilônios, a introdução dos logaritmos como o instrumento que revolucionou a arte de calcular só ocorreu muito tempo depois. No início do século XVII, os cálculos envolvidos nos assuntos de Astronomia eram excessivamente trabalhosos. O desenvolvimento dos logaritmos serviu como um poderoso instrumento de cálculo que contribuiu para simplificar operações, transformado multiplicações e divisões em operações mais simples, agilizando também a potenciação e a radiciação. É fundamental, também, em outras áreas como, por exemplo, na Química para o cálculo do pH (potencial de hidrogênio) e na Física, em acústica, para determinarmos a intensidade de um som. John Napier (1550-1617) é considerado um dos matemáticos responsáveis pelo desenvolvimento do estudo dos logaritmos ao lado de outros que também trabalharam com este conceito, como o suíço Jobst Burgi (1552-1632). Os logaritmos de base 10, chamados de comuns ou briggsianos, tão úteis nos cálculos, foram estudados pelo professor Henri Briggs (1561- 1631). A palavra logaritmo vem do grego: logos (razão) e arithmos (número) é o expoente a que uma dada base deve ser elevada para produzir certa potência. 5.1 Logaritmos 5.1.1 Definição Chamamos de logaritmo de b, na base a, ao número c, tal que: bac cba =«=log sendo a (base), b (antilogaritmo ou logaritmando) e c (logaritmo). 5.1.2 Exemplos a) Assim, o expoente a que se deve elevar 3 para se obter 81 é 4. Ou, em linguagem simbólica, log7 81 = 4. b) Analogamente, o expoente a que se deve elevar 2 para se obter 32 é 5 e, portanto, podemos escrever que log$ 32 = 5. Fundamentos de Matemática – Notas de Aula 36 Mylane dos Santos Barreto Salvador Tavares c) E mais esse exemplo: o expoente a que se deve elevar 5 1 para se obter 25 é −2 , pois, 0 9 V$ = 25 . Assim podemos escrever, em linguagem simbólica, que log� 25 = −2. É importante observar que logaritmo é sinônimo de expoente. Isto é, outro nome que pode ser dado ao expoente ao qual se eleva a base a para determinar a potência b. Outra observação importante sobre o estudo dos logaritmos diz respeito ao seu domínio ou campo de existência. Só existem logaritmos reais de números positivos, com bases também positivas e diferentes de 1. Ou seja, para calcular o logM b, em IR, é necessário b > 0, a > 0 e a ≠ 1. 5.1.3 Propriedades decorrentes da definição Sendo b > 0, c > 0, a > 0 e a ≠ 1, tem-se: a) logM 1 = 0 b) logM a = 1 c) logM a¢ = n d) a£¤¥¦ L = b e) logM b = logM c ↔ b = c. 5.1.4 Propriedade operatórias Sendo x Î IR*+, y Î IR*+, a Î IR*+ e a ¹1, e m Î IR: • Logaritmo do produto • Logaritmo do quociente • Logaritmo de uma potência yxyx aaa loglog).(log += yx y x aaa logloglog -=÷÷ ø ö çç è æ xmx a m a log.log = Fundamentos de Matemática – Notas de Aula 37 Mylane dos Santos Barreto Salvador Tavares • Mudança de base com 𝟎 < 𝒃 ≠ 𝟏 5.2 Definição A função f : IR*+ ® IR definida por f (x) = 𝐥𝐨𝐠𝒂 𝒙 , 𝐜𝐨𝐦 𝒂 > 𝟎 𝐞 𝒂 ¹ 𝟏, é chamada função logarítmica de base a. O domínio dessa função é o conjunto IR*+ (conjunto dos números reais positivos) e o contradomínio é IR. 5.3 Gráfico Acompanhe, nos exemplos seguintes, a construção do gráfico em cada caso. 5.3.1) 𝒚 = 𝐥𝐨𝐠𝟐 𝒙 Atribuindo alguns valores a x e calculando os correspondentes valores de y, obtemos a tabela e o gráfico abaixo. x ... 𝟏 𝟒 𝟏 𝟐 𝟏 𝟐 𝟒 𝟖 ... y ... –2 –1 0 1 2 3 ... Vamos mostrar agora como alguns desses valores da tabela foram determinados. Se x = 𝟏 𝟒 então y = f 𝟏 𝟒 = 𝐥𝐨𝐠𝟐 𝟏 𝟒 = − 𝟐. Se x = 𝟏 𝟐 então y = f 𝟏 𝟐 = 𝐥𝐨𝐠𝟐 𝟏 𝟐 = − 𝟏. Se x = 1 então y = f (1) = 𝐥𝐨𝐠𝟐 𝟏 =𝟎. Se x = 2 então y = f (2) = 𝐥𝐨𝐠𝟐 𝟐 =𝟏. Se x = 4 então y = f (4) = 𝐥𝐨𝐠𝟐 𝟒 =𝟐. Se x = 8 então y = f (8) = 𝐥𝐨𝐠𝟐 𝟖 =𝟑. a xx b b a log loglog = Fundamentos de Matemática – Notas de Aula 38 Mylane dos Santos Barreto Salvador Tavares 5.3.2) 𝒚 = 𝐥𝐨𝐠𝟏 𝟐 𝒙 Atribuindo alguns valores a x e calculando os correspondentes valores de y, obtemos a tabela e o gráfico abaixo. x ... 𝟏 𝟒 𝟏 𝟐 𝟏 𝟐 𝟒 𝟖 ... y ... 2 1 0 –1 –2 –3 ... Vamos mostrar agora como alguns desses valores da tabela foram determinados.Se x = 𝟏 𝟒 então y = f 𝟏 𝟒 = 𝐥𝐨𝐠𝟏 𝟐 𝟏 𝟒 =𝟐. Se x = 𝟏 𝟐 então y = f 𝟏 𝟐 = 𝐥𝐨𝐠𝟏 𝟐 𝟏 𝟐 =𝟏. Se x = 1 então y = f (1) = 𝐥𝐨𝐠𝟏 𝟐 𝟏 =𝟎. Se x = 2 então y = f (2) = 𝐥𝐨𝐠𝟏 𝟐 𝟐 = − 𝟏. Se x = 4 então y = f (4) = 𝐥𝐨𝐠𝟏 𝟐 𝟒 = − 𝟐. O Fundamentos de Matemática – Notas de Aula 39 Mylane dos Santos Barreto Salvador Tavares Se x = 8 então y = f (8) = 𝐥𝐨𝐠𝟏 𝟐 𝟖 = − 𝟑. 5.4 Resumo Nos dois exemplos, podemos observar que: a) o gráfico da função do tipo f (x) = 𝐥𝐨𝐠𝒂 𝒙, com a > 0 e 𝒂 ¹ 𝟏 nunca intersecta o eixo y. b) o gráfico de f (x) = 𝐥𝐨𝐠𝒂 𝒙, com a > 0 e 𝒂 ¹ 𝟏 corta o eixo horizontal no ponto (1, 0). A raiz da função é x = 1. c) y assume todos os valores reais, portanto, o conjunto imagem da função do tipo f (x) = 𝐥𝐨𝐠𝒂 𝒙, com a > 0 e 𝒂 ¹ 𝟏, é Im( f ) = IR. O Fundamentos de Matemática – Notas de Aula 40 Mylane dos Santos Barreto Salvador Tavares Além disso, podemos estabelecer o seguinte a > 1 0 < a <1 f (x) é crescente e Im( f ) = IR Para quaisquer x1 e x2 do domínio: 𝒙 𝟐 ³ 𝒙𝟏 ↔ 𝒚𝟐 ³ 𝒚𝟏 𝒙𝟐 ≤ 𝒙𝟏 ↔ 𝒚𝟐 ³ 𝒚𝟏 (as desigualdades têm sentidos iguais) f (x) é decrescente e Im( f ) = IR Para quaisquer x1 e x2 do domínio: 𝒙 𝟐 ³ 𝒙𝟏 ↔ 𝒚𝟐 ≤ 𝒚𝟏 𝒙𝟐 ≤ 𝒙𝟏 ↔ 𝒚𝟐 ≥ 𝒚𝟏 (as desigualdades têm sentidos contrários) 5.5 Exercícios de fixação 5.5.1) Calcule o valor da expressão 27log64log 3 2 1 - . 5.5.2) Dados log2 = 0,3010 e log3 = 0,4771, calcule a) 𝑙𝑜𝑔12 b) log$ 3 c) 𝑙𝑜𝑔 1,5 d) log 5 5.5.3) Resolva em IR. a) logs 10 + 3𝑥 = 2 b) log7 𝑥 $ − 2𝑥 + 1 = 2 c) log� : 𝑥$ − 4𝑥 ≥ log� : 5 d) log$ 𝑥$ − 5𝑥 + 6 ≤1 e) logs 2𝑥 + 3 = 2 f) log$ 𝑥 + 2 > log$ 8 g) log$( log7 𝑥) ≥ 0 h) log7 2𝑥 + 1 < log7 7 i) log� = 2𝑥 − 1 > log� = 9 j) log 𝑥 + 2 + log 𝑥 − 2 < log 3𝑥 O 1 a 1 O 1 1 a Fundamentos de Matemática – Notas de Aula 41 Mylane dos Santos Barreto Salvador Tavares 6 FUNÇÕES DEFINIDAS POR VÁRIAS SENTENÇAS Nessa unidade estudaremos alguns casos de funções definidas por várias sentenças. Para essa unidade você precisa recordar as principais funções estudadas até aqui. 6.1 Exercícios de fixação 6.1.1) Dadas as funções reais de variável real definidas por f (x) = 2 , 0 , 0 2 2, 2 se x x se x se x - <ì ï £ £í ï >î e g (x) = 2 , 0 , 0 x se x x se x £ì í >î Pede-se: 6.1.1.1) Calcular: a) f (−5) b) f $ 7 c) f ( 7) d) f (π) e) f (0,023) f) g (−3) g) g (0) h) g( 3) i) g (−0,5) j) g (1) 6.1.1.2) Esboçar o gráfico cartesiano de f. 6.1.1.3) Esboçar o gráfico cartesiano de g. 6.1.2) Fazer o esboço do gráfico cartesiano das funções reais de variável real dadas pelas fórmulas: a) f 𝑥 = 1, se 0 ≤ 𝑥 < 1 2, se 1 ≤ 𝑥 < 2 3, se 2 ≤ 𝑥 < 3 4, se 3 ≤ 𝑥 < 4 b) g 𝑥 = −𝑥, se 𝑥 ≤ 0𝑥, se 𝑥 > 0 Fundamentos de Matemática – Notas de Aula 42 Mylane dos Santos Barreto Salvador Tavares 7 NOÇÃO INTUITIVA DE LIMITES Nesta unidade vamos estudar um dos conceitos que servirá de base para o seu desenvolvimento no estudo do Cálculo. Faremos alguns exercícios preliminares que subsidiarão a construção do conceito de limite e de continuidade de uma função num ponto. 7.1 Exercícios preliminares 7.1.1) Considere a função f: 𝐼𝑅 → 𝐼𝑅 definida por f (x) = x2 e usando uma calculadora determine: a) f (1,8) f) f (2,1) b) f (1,85) g) f (2,01) c) f (1,9) h) f (2,001) d) f (1,96) i) f (2,0001) e) f (1,98) j) f (2) 7.1.2) Observe os resultados encontrados na questão anterior e responda: a) Para quanto se “aproxima” o valor de f (x) quando x se “aproxima” de 2 e é menor do que 2? b) Para quanto se “aproxima” o valor de f (x) quando x se “aproxima” de 2 e é maior do que 2? 7.1.3) Dado o gráfico da função, responda: a) Para quanto se “aproxima” o valor de f (x) quando x se “aproxima” de − 4 e 𝑥 < −4? O Fundamentos de Matemática – Notas de Aula 43 Mylane dos Santos Barreto Salvador Tavares b) Para quanto se “aproxima” o valor de f (x) quando x se “aproxima” de − 4 e 𝑥 > −4 c) Qual é o valor de f (x) quando x = − 4? d) Para quanto “tende” o valor de f (ou se “aproxima”) quando x “tende” a 2 pela esquerda (ou tende a 2 e é menor do que 2)? e) Para quanto “tende” o valor de f quando x “tende” a 2 pela direita? f) Qual é o valor de f quando x = 2? g) Para quanto “tende” o valor de f quando x “tende” a 4 pela esquerda? h) Para quanto “tende” o valor de f quando x “tende” a 4 pela direita? i) Qual é o valor de f (4)? 7.1.4) Considere o gráfico de uma função dado abaixo e complete, corretamente, as sentenças seguintes: a) Se x tende a a pela esquerda então f (x) tende a ______. Simbolicamente: Se x ® a - então f (x) ® ______. b) Se x tende a a pela direita então f (x) tende a ______. Simbolicamente: Se x ® a + então f (x) ® ______. c) f (a) = ______. d) Se x ® b - então f (x) ® ______. e) Se x ® b+ então f (x) ® ______. O Fundamentos de Matemática – Notas de Aula 44 Mylane dos Santos Barreto Salvador Tavares f) f (b) = ______. g) Se x ® c - então f (x) ® ______. h) Se x ® c + então f (x) ® ______. i) f (c) = ______. Observações: Dada uma função definida num intervalo aberto I, com a Î I. Para descrever o fato de que se x ® a - então f (x) ® b escrevemos: (lê-se: limite de f (x) quando x “tende” a a pela esquerda é igual a b) Analogamente, para descrever que se x ® a + então f (x) ® c escrevemos: (lê-se: limite de f (x) quando x “tende” a a pela direita é igual a c) Tais limites são denominados limites laterais esquerdo e direito, respectivamente. Quando os limites laterais são iguais a b dizemos que existe o limite de f (x) no ponto a e, então escrevemos: Assim, lim s→; 𝑓 𝑥 = 𝑏 se, e somente se lim s→;¶ 𝑓 𝑥 = lim s→;· 𝑓 𝑥 = 𝑏. Comentários sobre o exercício 7.1.4: 1) Observe que, em f quando x ® a – (lê-se: x “tende” a a pela esquerda), f(x) “tende” a g. Para descrever este fato em linguagem simbólica escrevemos: (lê-se: limite de f (x) quando x “tende” a a pela esquerda é igual a g) lim ( ) x a f x b -® = lim ( ) x a f x c +® = lim ( ) x a f x b ® = lim ( ) g x a f x -® = Fundamentos de Matemática – Notas de Aula 45 Mylane dos Santos Barreto Salvador Tavares 2) Observe que, em f quando x ® a + (lê-se: x “tende” a a pela direita), f (x) “tende” a h. Para descrever este fato em linguagem simbólica escrevemos: (lê-se: limite de f (x) quando x “tende” a a pela direita é igual a h) 3) Observe que, em f quando x ® b - (lê-se: x “tende” a b pela esquerda), f (x) “tende” a d. Para descrever este fato em linguagem simbólica escrevemos: (lê-se: limite de f (x) quando x “tende” a b pela esquerda é igual a d) 4) Observe que, em f quando x ® b + (lê-se: x “tende” a b pela direita), f (x) “tende” a d. Para descrever este fato em linguagem simbólica escrevemos: (lê-se: limite de f (x) quando x “tende” a b pela direita é igual a d) 5) Observe que f (b) = m (a imagem de b é igual a m) é diferente dos limites encontrados nos itens d e e. 6) Observe que, em f quando x ® c - (lê-se: x “tende” a c pela esquerda), f (x) “tende” a j. Para descrever este fato em linguagem simbólica escrevemos:(lê-se: limite de f (x) quando x “tende” a c pela esquerda é igual a j) 7) Observe que, em f quando x ® c + (lê-se: x “tende” a c pela direita), f (x) “tende” a j. Para descrever este fato em linguagem simbólica escrevemos: (lê-se: limite de f (x) quando x “tende” a c pela direita é igual a j) 8) Observe que f (c) = j (a imagem de c é igual a j) é igual aos limites encontrados nos itens g e h. lim ( ) h x a f x +® = lim ( ) d x b f x -® = lim ( ) d x b f x +® = c lim ( ) j x f x -® = + c lim ( ) j x f x ® = Fundamentos de Matemática – Notas de Aula 46 Mylane dos Santos Barreto Salvador Tavares )()(lim)(lim cfxfxf cxcx == +- ®® Conclusões: Nos itens 1 e 2, podemos concluir que quando os limites laterais são diferentes, isto caracteriza geometricamente uma descontinuidade do tipo “salto” como ocorre na figura ao lado em x = b. Nos itens 3, 4 e 5 podemos concluir que quando os limites laterais são iguais, mas diferentes da imagem no ponto de abscissa b, esse fato algébrico revela geometricamente uma descontinuidade do tipo “furo” em x = b. O mesmo ocorre em x = a na figura ao lado. Nos itens 6, 7 e 8 podemos concluir que quando os limites laterais, no ponto estudado, são iguais entre si e igual a imagem da função no ponto, esse fato algébrico revela geometricamente que a função é contínua nesse ponto. )(lim)(lim xfxf bxbx +- ®® ¹ )()(lim)(lim afxfxf axax ¹= +- ®® O O O Fundamentos de Matemática – Notas de Aula 47 Mylane dos Santos Barreto Salvador Tavares 7.2 Função Contínua 7.2.1 Definição Uma função y = f (x) é contínua em x1, se, e somente se, lim s→s� 𝑓 𝑥 = 𝑓 𝑥0 . Sendo assim, para provar que f é contínua em x1 precisamos mostrar que três condições são satisfeitas: i) f (x1) existe; ii) 1 lim ( ) existe; x x f x ® iii) 1 1lim ( ) ( )x x f x f x® = . Exemplo: Vamos verificar se 2 se 1( ) = 3 5 se > 1 x x f x x x - £ì í -î é contínua em x1 = 1. Resolução Primeiro vamos calcular o valor de f (1). Para isso, notamos que a função é definida por duas sentenças e que para x = 1 devemos substituir esse valor na primeira sentença. Assim, tem-se f 1 = −2 ∙ 1 = −2. Observemos que x = 1 divide a sentença de modo que para 𝑥 ≤ 1, o valor deve ser calculado na primeira sentença. Portanto, o lim s→0¶ 𝑓 𝑥 = = lim s→0¶ −2𝑥 = −2 ∙ 1 = −2. Enquanto, para 𝑥 > 1, o valor deve ser calculado na segunda sentença. Assim, lim s→0· 𝑓 𝑥 = lim s→0· 3𝑥 − 5 = 3 ∙ 1 − 5 = −2. Como os limites laterais são iguais, isto é, lim s→0¶ 𝑓 𝑥 = lim s→0· 𝑓 𝑥 = −2 . Então, ∃ lim s→0 𝑓 𝑥 = −2. Se lim s→0 𝑓 𝑥 = 𝑓 1 = 2 então podemos dizer que a função f é contínua em x = 1. 7.3 Exercícios de fixação Fundamentos de Matemática – Notas de Aula 48 Mylane dos Santos Barreto Salvador Tavares 7.3.1) Dado o gráfico abaixo, determine, se existir: - + - x -7 x -7 x 4 a) lim ( ) l) (2) b) lim ( ) m) lim ( ) c) lim f x f f x f x ® ® ® +x -7 x 4 x 4 x ( ) n) lim ( ) d) ( 7) o) lim ( ) e) lim f x f x f f x ® ® ® - - + - -2 x -2 x 6 x ( ) p) (4) f) lim ( ) q) lim ( ) g) lim f x f f x f x ® ® ® ® +-2 x 6 x 6 x ( ) r) lim ( ) h) ( 2) s) lim ( ) i) lim f x f x f f x ® ® - - + x 7 2 x 2 x 2 ( ) t) lim ( ) j) lim ( ) u) (6) k) lim f x f x f x f ®® ® ® ( ) v) (7)f x f 7.3.2) Considere a função f (x) = x2 e seu gráfico dado. Calcule: O Fundamentos de Matemática – Notas de Aula 49 Mylane dos Santos Barreto Salvador Tavares 2 1 2 2 -1 2 a) (-1) e) lim b) lim f) lim c) lim x x x x f x x x ® ® ® 2 2 -2 3 2 2 0 - 4 g) lim d) lim h) lim x x x x x x x ® ® ® ® O Fundamentos de Matemática – Notas de Aula 50 Mylane dos Santos Barreto Salvador Tavares 8 GABARITOS 1.1.7 (p. 6) 1.1.7.1) a) 𝑥$ + 20𝑥 + 100. f) 1< 1 − 𝑎$. b) 𝑥$ − 12𝑥 + 36. g) 3𝑥$ − 25𝑦. c) 𝑥$𝑦$ − 0,6 𝑥𝑦 + 0,09. h) 𝑥8 − 27. d) 11 + 2 10. i) 4. e) 28 − 6 3. 1.2.6 (p. 10) 1.2.6.1) 1) 𝑎 − 4 𝑎 + 4 11) − 𝑥 − 2 . 𝑥 − 3 2) 𝑎$ − 1 𝑎$ + 1 12) 2 𝑥 − 1 . 𝑥 + 3 3) 𝑎 − 3 . 𝑎$ + 3𝑎 + 9 13) 4𝑥$. 𝑥 + 4 4) 𝑦 + 2 . 𝑦$ − 2𝑦 + 4 14) 𝑥 + 3 . 6𝑥 + 𝑎 5) 1 − 5𝑎$ . 1 + 5𝑎$ + 25𝑎1 15) 𝑎 + 2 𝑥 + 𝑦 6) 4𝑦 + 1 . 16𝑦$ − 4𝑦 + 1 16) 𝑥 + 𝑦 . 2 − 𝑎 7) 𝑥𝑦$ + 10 . 𝑥$𝑦1 − 10𝑥𝑦$ + 100 17) 𝑥 + 1 . 𝑥$ + 1 8) 12𝑎$𝑏$. 1 − 3𝑎$𝑏$ 18) 2𝑥 − 3𝑦 $ 9) 𝑥 − 4 . 𝑥 − 2 19) 𝑦 − 4 . 𝑦$ + 4𝑦 + 16 10) 𝑥 − 1 . 2𝑥 − 1 20) 𝑎 + 5 𝑎$ − 5𝑎 + 25 1.3.1 (p. 12) 1.3.1.1) a) D = 25 d) V = 30 b) ∆ = 36 e) x = 0 $ ou x = − 3 c) IMC ≅ 26 1.3.1.2) a) U(4, 6) = 24 b) x2 = 8 c) x2 = 2 1.3.1.3) a) P (4, 9) = 6 b) P (16, 25) = 200 c) P (1, 4) = 40 d) P (16, 81) = 1200 Fundamentos de Matemática – Notas de Aula 51 Mylane dos Santos Barreto Salvador Tavares 1.4.3 (p. 15) 1.4.3.1) a) 1ª. maneira: 2380 – 16% de 2380 = 2380 – 0,16 x 2380 = 2380 – 380,80 = R$ 1999,20. 2ª. maneira: (1 – 0,16) x 2380 = 0,84 x 2380 = R$ 1999,20. b) 0,84 1.4.3.2) a) R$ 108,00 b) R$ 792,00 1.4.3.3) Preço do produto Taxa desconto Valor do desconto Preço a pagar % do preço a pagar R$ 984,00 25% R$ 246,00 R$ 738,00 75 R$ 357,00 8% R$ 28,56 R$ 328,44 92 R$ 500,00 15% R$ 75,00 R$ 425,00 85 R$ 800,00 30% R$ 240,00 R$ 560,00 70 R$ 430,00 10% R$ 43,00 R$ 387,00 90 1.4.3.4) Preço do produto % de aumento % de desconto Fator de correção Preço atualizado R$ 145,00 12 ----------- 1,12 R$ 162,40 R$ 690,00 ----------- 2,5 0,975 R$ 672,75 R$ 1200,00 0,5 ----------- 1,005 R$ 1206,00 R$ 1350,00 ----------- 6,2 0,938 R$ 1266,30 R$ 3570,00 110 ----------- 2,1 R$ 7497,00 1.4.3.5) Porcentagem Taxa unitária ou número decimal 15% 0,15 1% 0,01 5% 0,05 7,2% 0,072 25% 0,25 13,5% 0,135 32% 0,32 Fundamentos de Matemática – Notas de Aula 52 Mylane dos Santos Barreto Salvador Tavares 115% 1,15 320% 3,2 1200% 12 81% 0,81 3400% 34 1.4.3.6) 25% 2.7 (p. 22) 2.7.1) a) b) c) d) O O O O Fundamentos de Matemática – Notas de Aula 53 Mylane dos Santos Barreto Salvador Tavares e) f) g) 2.7.2) a) 5 2 m < b) m = 8 c) 3 2 m = 2.7.3) a) 10 milhões de reais b) 200 km 2.7.4) a) x = 1 b) 4 7 3 x = c) Crescente d) 2 1 5 5 g æ ö- =ç ÷ è ø O O OFundamentos de Matemática – Notas de Aula 54 Mylane dos Santos Barreto Salvador Tavares 3.6 (p. 28) 3.6.1) a) b) c) d) e) O O O O O Fundamentos de Matemática – Notas de Aula 55 Mylane dos Santos Barreto Salvador Tavares 3.6.2) a = 1; c = 16 3.6.3) m > 4 3.6.4) m > 1 3.6.5) m = –1 3.6.6) v = 8 3.6.7) 25 cm2 3.6.8) m = 9 3.6.9) x = 2 e x = 4 3.6.10) a) S = {–5, 0} b) S = 110, 2 ì ü í ý î þ c) S = 10, 3 ì ü í ý î þ d) S = {–6, 6} e) S = 2 2, 3 3 ì ü-í ý î þ f) S = Æ g) S = { }0 h) S = { }5, 3- i) S = 1 , 2 2 ì ü í ý î þ j) S = { }4 k) S = Æ l) S = { }6, 3- m) S = ] [ ] [, 5 2,-¥ - È +¥ n) S = [ ]1, 5- o) S = 1 , 0 2 ù é-ú êû ë 4.5 (p. 36) 4.5.1) a) 3,5 2,792 2> b) 239 3010,7 0,7> c) 3,4 2,72 2 7 7 - - æ ö æ ö>ç ÷ ç ÷ è ø è ø d) 3,5 0,295 4 4 5 - æ ö æ ö<ç ÷ ç ÷ è ø è ø Fundamentos de Matemática – Notas de Aula 56 Mylane dos Santos Barreto Salvador Tavares 4.5.2) a) b) c) d) O O O O Fundamentos de Matemática – Notas de Aula 57 Mylane dos Santos Barreto Salvador Tavares e) f) g) h) 4.5.3) a) b) O O O O O O Fundamentos de Matemática – Notas de Aula 58 Mylane dos Santos Barreto Salvador Tavares c) d) e) 4.5.4) a) lim ( ) x g x ® +¥ = +¥ lim ( ) 1 x g x ® -¥ = b) lim ( ) x h x ® +¥ = +¥ lim ( ) 3 x h x ® -¥ = - c) lim ( ) 2 x t x ® +¥ = lim ( ) x t x ® -¥ = +¥ d) lim x y ® +¥ = +¥ 1lim 2x y ® -¥ = e) lim x y ® +¥ = +¥ lim 2 x y ® -¥ = - 4.5.5) a) y = 1 b) y = –3 c) y = 2 d) y = 1 2 e) y = –2 4.5.6) S = {–3, 1} 4.5.7) a) Aproximadamente 12298 bactérias b) Aproximadamente 30248 bactérias O O O Fundamentos de Matemática – Notas de Aula 59 Mylane dos Santos Barreto Salvador Tavares 5.5 (p. 42) 5.5.1) 11 2 - 5.5.2) a) 1,0791 b) Aproximadamente 1,585 c) 0,1761 d) 0,699 5.5.3) a) S = {–2, 5} b) S = {–2, 4} c) S = [ [ ] ]1, 0 4, 5- È d) S = [ [ ] ]1, 2 3, 4È e) S = {3} f) S = ] [6,+¥ g) S = [ [3,+¥ h) S = 1 , 3 2 ù é-ú êû ë i) S = 1 , 5 2 ù é ú êû ë j) S = ] [2, 4 6.1 (p. 43) 6.1.1) 6.1.1.1) a) –2 b) 2 3 c) 2 d) 2 e) 0,023 f) –3 g) 0 h) 3 i) –0,5 j) 1 6.1.1.2) 6.1.1.3) O O Fundamentos de Matemática – Notas de Aula 60 Mylane dos Santos Barreto Salvador Tavares 6.1.2) a) b) 7.1 (p. 44) 7.1.1) a) 3,24 b) 3,4225 c) 3,61 d) 3,8416 e) 3,9204 f) 4,41 g) 4,0401 h) 4,004001 i) 4,00040001 j) 4 7.1.2) a) 4 b) 4 7.1.3) a) 2 b) –3 c) –1 d) 3 e) 3 f) 0 g) 4 h) 4 i) 4 7.1.4) a) g b) h c) g d) d e) d f) m g) j h) j i) j 7.3 (p. 50) 7.3.1) a) 2 b) 2 c) 2 d) 2 e) 4 f) –3 g) Não existe h) 1 i) 3 j) 3 k) 3 l) –3 m) 5 n) –4 o) Não existe p) 5 q) –1 r) –1 s) –1 t) 0 u) –1 v) 0 7.3.2) a) 1 b) 1 c) 4 d) 0 e) 1 f) 4 g) 9 h) 16 O O
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