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Prof. Luis Teixeira — Física | Matemática Reforço
Escolar

Matemática 1ª série

Funções: conceito e gráficos

M101ª série do Ensino Médio10 exercíciosSimulador autoral

Função é uma máquina: entra um número, sai um único resultado. Essa ideia está por trás de toda a matemática do Ensino Médio, da conta de luz ao lançamento de um foguete. No simulador você escolhe a máquina, restringe as entradas e vê, no gráfico, quais saídas aparecem.

Antes, convém saber: Equações do 1º grau e sistemas, Potências e raízes

Resumo

O essencial do tema

O que é uma função

Uma função $f:A\to B$ é uma regra que associa a cada elemento $x$ de $A$ um único elemento $y=f(x)$ de $B$. São duas exigências: nenhum elemento de $A$ fica sem resultado e nenhum tem dois resultados. Pense numa máquina: você coloca $x$, ela devolve $f(x)$.

Lei de formação e valor numérico

A lei de formação diz o que a máquina faz com $x$. Em $f(x)=2x+1$, calcular $f(3)$ é trocar $x$ por $3$: $f(3)=2\cdot3+1=7$. A pergunta inversa, “para qual $x$ temos $f(x)=7$?”, é uma equação: $2x+1=7\Rightarrow x=3$.

Domínio, contradomínio e imagem

O domínio $D(f)=A$ é o conjunto das entradas permitidas. O contradomínio $CD(f)=B$ é onde as saídas podem cair. A imagem $\text{Im}(f)$ é formada pelas saídas que realmente aparecem, e sempre $\text{Im}(f)\subset CD(f)$. Para $f:\mathbb{R}\to\mathbb{R}$ com $f(x)=x^2$, o contradomínio é $\mathbb{R}$, mas a imagem é $[0,+\infty)$, porque um quadrado nunca é negativo.

Domínio de uma função real

Quando só a lei é dada, o domínio é o maior conjunto de números reais em que a conta faz sentido. As duas restrições mais cobradas: denominador diferente de zero e radicando de raiz de índice par maior ou igual a zero. Assim, $f(x)=\frac{1}{x-2}$ tem $D=\mathbb{R}-\{2\}$, e $g(x)=\sqrt{x-3}$ tem $D=[3,+\infty)$.

Gráfico e teste da reta vertical

O gráfico de $f$ é o conjunto dos pontos $(x,f(x))$. Uma curva só é gráfico de uma função de $x$ se toda reta vertical traçada sobre o domínio a corta em exatamente um ponto; uma circunferência, por exemplo, não passa nesse teste. Lendo o gráfico: o domínio é a “sombra” da curva no eixo $x$ e a imagem é a “sombra” no eixo $y$.

Crescimento e zeros

$f$ é crescente num intervalo quando, aumentando $x$, $f(x)$ também aumenta ($x_1<x_2\Rightarrow f(x_1)<f(x_2)$); é decrescente quando $f(x)$ diminui. Os zeros são os valores de $x$ com $f(x)=0$: os pontos em que o gráfico toca o eixo $x$. Exemplo: $f(x)=x^2$ é decrescente em $(-\infty,0]$, crescente em $[0,+\infty)$ e tem um único zero, $x=0$.

Atenção

Erros comuns

Simulador autoral

Máquina de funções

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

Experimente

  1. Escolha uma função e arraste o ponto laranja sobre o eixo $x$: a máquina mostra a entrada $x$ e a saída $f(x)$, e a reta vertical corta o gráfico uma única vez.
  2. Mova o início e o fim do domínio: a faixa azul no eixo $x$ é o domínio e a faixa rosa no eixo $y$ é a imagem.
  3. Com $f(x)=x^2$ e domínio $[-2,3]$, confira que a imagem é $[0,9]$, e não $[4,9]$. Por que o $0$ entra?
  4. Escolha $\frac{1}{x}$ ou $\sqrt{x}$ e tente incluir números proibidos no domínio: o simulador avisa quais ficam de fora.
Resolvidos

Exemplos resolvidos

  1. Dada $f(x)=x^2-4x$, calcule $f(-1)$ e encontre os valores de $x$ para os quais $f(x)=5$.

    Ver a resolução passo a passo
    Valor numérico: $f(-1)=(-1)^2-4\cdot(-1)=1+4=5$. Equação: $x^2-4x=5\Rightarrow x^2-4x-5=0$. Com $\Delta=16+20=36$, $x=\frac{4\pm6}{2}$, ou seja, $x=5$ ou $x=-1$. Repare que $-1$ já tinha aparecido: $f(-1)=5$. Dois valores de $x$ com a mesma imagem é permitido; o proibido é um $x$ com duas imagens.
  2. Determine o domínio de $f(x)=\frac{\sqrt{x+1}}{x-3}$.

    Ver a resolução passo a passo
    Há duas condições ao mesmo tempo. Raiz quadrada: $x+1\ge0\Rightarrow x\ge-1$. Denominador: $x-3\neq0\Rightarrow x\neq3$. Juntando: $D(f)=\{x\in\mathbb{R}\mid x\ge-1\text{ e }x\neq3\}=[-1,3)\cup(3,+\infty)$.
Roteiro

Como estudar este tema

  1. Leia a teoria até “domínio de uma função real” e os erros comuns.
  2. No simulador, use $f(x)=2x+1$ e $f(x)=x^2$ com o mesmo domínio e compare as imagens.
  3. Refaça os dois exemplos resolvidos no papel, sem olhar a solução.
  4. Resolva os exercícios básicos e confira o gabarito comentado.
  5. Termine com os aplicados: neles é você quem decide qual é o domínio que faz sentido.
Exercícios

Teste o que você aprendeu

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

  1. Básico

    Dada $f(x)=3x-5$, calcule $f(2)$, $f(0)$ e $f(-1)$.

    Ver resposta

    $f(2)=1$, $f(0)=-5$ e $f(-1)=-8$. Basta trocar $x$ pelo número: $3\cdot2-5=1$, $3\cdot0-5=-5$ e $3\cdot(-1)-5=-8$.

  2. Básico

    Para $f(x)=2x+7$, qual valor de $x$ tem imagem $15$?

    Ver resposta

    $x=4$. Agora é uma equação: $2x+7=15\Rightarrow 2x=8\Rightarrow x=4$.

  3. Básico

    Determine o domínio de $f(x)=\frac{5}{x+3}$.

    Ver resposta

    $D(f)=\mathbb{R}-\{-3\}$. O denominador não pode ser zero: $x+3\neq0\Rightarrow x\neq-3$.

  4. Básico

    Determine o domínio de $g(x)=\sqrt{2x-8}$.

    Ver resposta

    $D(g)=[4,+\infty)$. O radicando precisa ser maior ou igual a zero: $2x-8\ge0\Rightarrow x\ge4$.

  5. Intermediário

    A relação que associa cada aluno de uma turma à sua data de nascimento é uma função? E a relação que associa cada dia do ano aos alunos que nasceram nele?

    Ver resposta

    A primeira é função: cada aluno tem uma única data de nascimento. A segunda não é: dois alunos podem ter nascido no mesmo dia (um elemento com dois resultados) e há dias em que nenhum aluno nasceu (elemento sem resultado).

  6. Intermediário

    Sejam $A=\{-1,0,1,2\}$ e $f:A\to\mathbb{Z}$ dada por $f(x)=x^2$. Determine o contradomínio e a imagem.

    Ver resposta

    $CD(f)=\mathbb{Z}$ e $\text{Im}(f)=\{0,1,4\}$. Calculando: $f(-1)=1$, $f(0)=0$, $f(1)=1$ e $f(2)=4$. O valor $1$ aparece duas vezes, mas entra uma só vez no conjunto.

  7. Intermediário

    Considere $f(x)=x^2$ com domínio $[-1,3]$. Qual é a imagem?

    Ver resposta

    $\text{Im}(f)=[0,9]$. O menor valor não é $f(-1)=1$: como $0$ pertence ao domínio, $f(0)=0$ é o mínimo. O maior é $f(3)=9$. Sempre olhe o gráfico entre as pontas, não só as pontas.

  8. Intermediário

    Em que intervalos $f(x)=|x-2|$ é crescente e decrescente? Qual é a sua imagem?

    Ver resposta

    Decrescente em $(-\infty,2]$ e crescente em $[2,+\infty)$; $\text{Im}(f)=[0,+\infty)$. O gráfico é um “V” com bico em $(2,0)$, e o módulo nunca é negativo.

  9. Aplicado

    Uma corrida de aplicativo custa R$ $4{,}00$ fixos mais R$ $1{,}50$ por quilômetro. Escreva o preço $P$ em função da distância $x$, diga qual é o domínio que faz sentido e calcule a distância de uma corrida de R$ $31{,}00$.

    Ver resposta

    $P(x)=1{,}5x+4$, com $x\ge0$ (não existe distância negativa). Para $P(x)=31$: $1{,}5x=27\Rightarrow x=18$ km.

  10. Aplicado

    Um retângulo tem perímetro de $20$ cm. Escreva a área $A$ em função de um dos lados, $x$, e determine o domínio e a imagem dessa função.

    Ver resposta

    $A(x)=x(10-x)=10x-x^2$, com $D=(0,10)$ e $\text{Im}=(0,25]$. A soma de dois lados vizinhos é $10$, então o outro lado é $10-x$, e os dois precisam ser positivos: $0<x<10$. O maior valor é $A(5)=25$ cm² (o quadrado).

Referências

Para aprofundar

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