Pular para o conteúdo
Prof. Luis Teixeira — Física | Matemática Reforço
Escolar

Matemática 1ª série

Exponencial e logaritmo

M131ª série do Ensino Médio10 exercíciosSimulador autoral

Na função do 1º grau soma-se sempre o mesmo valor; na exponencial, multiplica-se sempre pelo mesmo fator: bactérias que dobram a cada hora, dinheiro a juros compostos, remédio que some do sangue. O logaritmo é a operação inversa e responde à pergunta “a que expoente?”. No simulador, as duas curvas aparecem como reflexo uma da outra no espelho $y=x$.

Antes, convém saber: Potências e raízes, Funções: conceito e gráficos

Resumo

O essencial do tema

Potências: as regras do jogo

Para $a>0$: $a^m\cdot a^n=a^{m+n}$, $\frac{a^m}{a^n}=a^{m-n}$, $(a^m)^n=a^{m\cdot n}$, $a^0=1$, $a^{-n}=\frac{1}{a^n}$ e $a^{\frac{m}{n}}=\sqrt[n]{a^m}$. Elas são a ferramenta para resolver equações exponenciais: escreva os dois lados na mesma base e iguale os expoentes. Exemplo: $4^x=32\Rightarrow 2^{2x}=2^5\Rightarrow x=\frac52$.

Função exponencial

É $f(x)=a^x$, com $a>0$ e $a\neq1$. Domínio $\mathbb{R}$, imagem $(0,+\infty)$: o gráfico nunca toca o eixo $x$ e sempre passa por $(0,1)$, porque $a^0=1$. Se $a>1$, ela é crescente; se $0<a<1$, é decrescente.

Crescimento e decaimento

Quando uma grandeza é multiplicada pelo mesmo fator $k$ a cada período, $Q(t)=Q_0\cdot k^t$. Aumentar $10\%$ é multiplicar por $1{,}1$; perder $10\%$ é multiplicar por $0{,}9$. Daí vêm os juros compostos, $M=C(1+i)^t$, e a meia-vida: a cada período $T$ sobra metade, $m(t)=m_0\cdot\left(\frac12\right)^{t/T}$.

Logaritmo

Para $a>0$, $a\neq1$ e $b>0$: $\log_a b=x\iff a^x=b$. O logaritmo é o expoente que se deve dar à base $a$ para obter $b$: $\log_2 8=3$ porque $2^3=8$. Consequências diretas: $\log_a 1=0$, $\log_a a=1$ e $a^{\log_a b}=b$. Sem base escrita, a base é $10$: $\log1000=3$.

Propriedades operatórias

$\log_a(b\cdot c)=\log_a b+\log_a c$, $\log_a\frac{b}{c}=\log_a b-\log_a c$ e $\log_a b^n=n\cdot\log_a b$. Para trocar de base: $\log_a b=\frac{\log b}{\log a}$. É assim que se resolve $2^x=5$: $x=\log_2 5=\frac{\log5}{\log2}$. As escalas Richter, pH e decibel são logarítmicas: multiplicar a grandeza por $10$ soma um valor fixo à escala.

Função logarítmica: a inversa

$g(x)=\log_a x$ tem domínio $(0,+\infty)$, imagem $\mathbb{R}$ e passa por $(1,0)$. Ela desfaz a exponencial: se $(p,q)$ está no gráfico de $a^x$, então $(q,p)$ está no gráfico de $\log_a x$. Por isso os dois gráficos são simétricos em relação à reta $y=x$, e as duas funções crescem (se $a>1$) ou decrescem (se $0<a<1$) juntas.

Atenção

Erros comuns

Simulador autoral

Espelho exponencial

Carregando o simulador…

Abrir só o simulador em outra aba · feito em HTML pelo Prof. Luis Teixeira

Experimente

  1. Mova a base $a$ e compare $a>1$ com $0<a<1$: as duas curvas crescem juntas ou decrescem juntas.
  2. Arraste o ponto sobre a exponencial: o ponto $(a^x,x)$ aparece na curva do logaritmo, refletido do outro lado da reta $y=x$.
  3. Use $a=2$ e leve o ponto até $x=3$: a leitura mostra $2^3=8$ e, ao mesmo tempo, $\log_2 8=3$.
  4. Repare que a exponencial passa por $(0,1)$ e o logaritmo, por $(1,0)$: o mesmo fato, visto no espelho.
Resolvidos

Exemplos resolvidos

  1. Uma aplicação de R$ $1000$ rende juros compostos de $10\%$ ao ano. Qual é o montante após $3$ anos? Em quantos anos o capital dobra? Use $\log2\approx0{,}301$ e $\log1{,}1\approx0{,}041$.

    Ver a resolução passo a passo
    Montante: $M=1000\cdot1{,}1^3=1000\cdot1{,}331=1331$ reais. Para dobrar: $1000\cdot1{,}1^t=2000\Rightarrow1{,}1^t=2$. Aplicando $\log$ dos dois lados: $t\cdot\log1{,}1=\log2\Rightarrow t=\frac{0{,}301}{0{,}041}\approx7{,}3$ anos. Como os juros são creditados ao fim de cada ano, o capital passa do dobro ao fim do $8^\circ$ ano ($1{,}1^7\approx1{,}95$ e $1{,}1^8\approx2{,}14$).
  2. Sabendo que $\log2\approx0{,}301$ e $\log3\approx0{,}477$, calcule $\log12$ e $\log1{,}5$.

    Ver a resolução passo a passo
    Decomponha em fatores e use as propriedades. $12=2^2\cdot3$, então $\log12=2\log2+\log3\approx0{,}602+0{,}477=1{,}079$. Já $1{,}5=\frac32$, então $\log1{,}5=\log3-\log2\approx0{,}477-0{,}301=0{,}176$.
Roteiro

Como estudar este tema

  1. Revise as propriedades das potências: sem elas, nada aqui funciona.
  2. Leia a teoria e os erros comuns; refaça o exemplo dos juros compostos no papel.
  3. No simulador, teste $a=2$ e $a=0{,}5$ e arraste o ponto até reconhecer a simetria.
  4. Resolva os exercícios básicos (equações exponenciais e logaritmos diretos).
  5. Termine com os aplicados: juros compostos e meia-vida caem muito no ENEM.
Exercícios

Teste o que você aprendeu

Resolva no papel antes de abrir a resposta. Conferir cedo demais atrapalha o aprendizado.

  1. Básico

    Calcule $\log_2 64$.

    Ver resposta

    $6$, porque $2^6=64$.

  2. Básico

    Simplifique $\frac{2^5\cdot2^3}{2^6}$.

    Ver resposta

    $4$. $\frac{2^{5+3}}{2^6}=2^{8-6}=2^2=4$.

  3. Básico

    Resolva a equação $3^x=81$.

    Ver resposta

    $x=4$. Como $81=3^4$, temos $3^x=3^4$ e os expoentes são iguais.

  4. Básico

    A função $f(x)=\left(\frac13\right)^x$ é crescente ou decrescente? Calcule $f(-2)$.

    Ver resposta

    Decrescente, pois a base está entre $0$ e $1$. $f(-2)=\left(\frac13\right)^{-2}=3^2=9$.

  5. Intermediário

    Resolva a equação $2^{x+1}=\frac18$.

    Ver resposta

    $x=-4$. $\frac18=2^{-3}$, então $x+1=-3\Rightarrow x=-4$.

  6. Intermediário

    Sabendo que $\log2\approx0{,}301$ e $\log3\approx0{,}477$, calcule $\log18$.

    Ver resposta

    $\approx1{,}255$. $18=2\cdot3^2$, logo $\log18=\log2+2\log3\approx0{,}301+0{,}954=1{,}255$.

  7. Intermediário

    Determine o domínio de $f(x)=\log_3(x-5)$.

    Ver resposta

    $D(f)=(5,+\infty)$. O logaritmando precisa ser positivo: $x-5>0\Rightarrow x>5$.

  8. Intermediário

    Uma cultura começa com $500$ bactérias, e a população dobra a cada hora. Escreva a lei $N(t)$ e calcule a população após $6$ horas.

    Ver resposta

    $N(t)=500\cdot2^t$ e $N(6)=500\cdot64=32\,000$ bactérias.

  9. Aplicado

    Um material radioativo tem meia-vida de $8$ dias. Partindo de $400$ g, quanto resta após $24$ dias?

    Ver resposta

    $50$ g. Em $24$ dias cabem $24\div8=3$ meias-vidas: $400\to200\to100\to50$. Pela fórmula, $400\cdot\left(\frac12\right)^3=50$.

  10. Aplicado

    Um capital é aplicado a juros compostos de $5\%$ ao mês. Em quantos meses ele passa a valer o dobro? Use $\log2\approx0{,}301$ e $\log1{,}05\approx0{,}021$.

    Ver resposta

    Ao fim do $15^\circ$ mês. $1{,}05^t=2\Rightarrow t=\frac{\log2}{\log1{,}05}\approx\frac{0{,}301}{0{,}021}\approx14{,}3$. Com $14$ meses ainda não dobrou ($1{,}05^{14}\approx1{,}98$); com $15$, sim ($1{,}05^{15}\approx2{,}08$).

Referências

Para aprofundar

Fica salvo só neste navegador.