2010 volume2 cadernodoaluno_matematica_ensinomedio_1aserie_gabarito

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2010 volume2 cadernodoaluno_matematica_ensinomedio_1aserie_gabarito

  1. 1. Caro Professor,Em 2009 os Cadernos do Aluno foram editados e distribuídos a todos os estudantes darede estadual de ensino. Eles serviram de apoio ao trabalho dos professores ao longo detodo o ano e foram usados, testados, analisados e revisados para a nova edição a partirde 2010.As alterações foram apontadas pelos autores, que analisaram novamente o material, porleitores especializados nas disciplinas e, sobretudo, pelos próprios professores, quepostaram suas sugestões e contribuíram para o aperfeiçoamento dos Cadernos. Notetambém que alguns dados foram atualizados em função do lançamento de publicaçõesmais recentes.Quando você receber a nova edição do Caderno do Aluno, veja o que mudou e analiseas diferenças, para estar sempre bem preparado para suas aulas.Na primeira parte deste documento, você encontra as orientações das atividadespropostas no Caderno do Aluno. Como os Cadernos do Professor não serão editados em2010, utilize as informações e os ajustes que estão na segunda parte deste documento.Bom trabalho!Equipe São Paulo faz escola. 1
  2. 2. Caderno do Aluno de Matemática – 1ª série – Volume 2   SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 1 FUNÇÕES COMO RELAÇÕES DE INTERDEPENDÊNCIA: MÚLTIPLOS EXEMPLOSPáginas 4 - 61. Trata-se de verificar se há proporcionalidade direta ou não entre vários pares de grandezas, expressando algebricamente tal fato e indicando o valor da constante de proporcionalidade, quando possível. a) A altura a de uma pessoa é uma função de sua idade t, mas não é diretamente proporcional a t. De fato, não é verdade que, sempre que a idade de uma pessoa dobra, sua altura também dobra; não é verdade que, se a idade triplica, então a altura aumenta proporcionalmente, triplicando. Se houvesse proporcionalidade entre a e t, imagine a altura de uma pessoa aos 10 anos, sabendo que aos 2 anos ela tinha 90 cm de altura... b) A massa m de uma pessoa é uma função de sua idade t, mas não é diretamente proporcional a t. Se houvesse proporcionalidade direta, uma criança com 1 ano e 10 kg teria quantos quilos aos 15 anos? c) O perímetro p de um quadrado é uma função de seu lado a. No caso, p = f(a) = 4a. Se o lado a aumenta, o perímetro p aumenta proporcionalmente. O perímetro p é diretamente proporcional ao lado a, sendo a constante de proporcionalidade igual a 4. d) A diagonal d de um quadrado é uma função do lado a; ela é diretamente proporcional ao lado a. Temos, nesse caso, d = a 2 . A constante de proporcionalidade é k = 2. e) O comprimento C de uma circunferência é uma função do diâmetro d; no caso, C é diretamente proporcional a d, e temos C = f(d) = d, ou seja, a constante de 2
  3. 3. proporcionalidade é k = . Também podemos escrever C = 2r, onde r é o raio da circunferência.2. De acordo com as tabelas, pode-se afirmar, então, que: a) Há proporcionalidade direta; a produção de automóveis cresce simultaneamente à produção de tratores; ela é diretamente proporcional à produção de tratores. b) Não há proporcionalidade nem direta nem inversa; a área destinada à agricultura cresce juntamente com a área destinada à pecuária,mas não proporcionalmente. c) Não há proporcionalidade nem direta nem inversa. Não é verdade que, se o PIB aumenta, então o IDH aumenta; também não é verdade que, se o PIB diminui, então o IDH diminui. d) Não há proporcionalidade nem direta nem inversa; mesmo sem haver proporcionalidade, quando o índice de analfabetismo diminui, a expectativa de vida aumenta.3. Com base no fato de que os R$ 400 mil serão divididos em partes iguais entre os n ganhadores, concluímos que a cada um deles corresponderá um valor x, sendo 400 000 n. x = 400 000, ou seja, n e x são inversamente proporcionais: x  f (n)  . n n 1 2 3 4 5 8 10 20 x 400 000 200 000 133 333,33 100 000 80 000 50 000 40 000 20 0004. Afirma-se que, para cortar a grama de um canteiro quadrado de 5 m de lado, ou seja, de área 25 m2, um jardineiro cobrou R$ 20,00, ou seja, ele cobrou R$ 0,80 por m2. Mantida essa proporção, para cortar a grama de um canteiro com 15 m de lado, ou seja, com área 225 m2, ele deverá cobrar 225 . 0,80, ou seja, R$ 180,00. Outra maneira de encaminhar a solução é a seguinte: a quantia a ser cobrada é diretamente proporcional à área do canteiro e não ao seu lado. Se o lado triplicou, a área tornou- se nove vezes maior e a quantia a ser paga deverá ser nove vezes maior. Faça a figura de um quadrado com lado x (e área x2) e de outro com lado 3x para mostrar que a área do maior é 9x2. 3
  4. 4. Páginas 6 - 71. Os pares de grandezas x e y são diretamente proporcionais, com constante de proporcionalidade igual a 7, enquanto os pares y e z e x e z são grandezas inversamente proporcionais, com constantes iguais a 2 100 e 300, respectivamente.2. Notamos que a distância vertical d que a pedra percorre não é diretamente proporcional ao tempo t de queda, mas sim ao quadrado de t: d = kt2. a) É dado que para t = 1, então d = 4,9 m, ou seja, substituindo os valores de t e de d, temos k = 4,9. b) Para calcular a distância vertical percorrida após 5 s, basta substituir t por 5, obtendo-se d = 4,9 . 52, ou seja, d = 122,5 m. c) Substituindo-se d por 49, obtemos o tempo que a pedra levará para cair 49 m: 49 = 4,9t2, ou seja, t = 10  3,16 s.Páginas 8 - 91. a)  0 1 2 3 4 6 P 0 2,50 5,00 7,50 10,00 15,00 b) R$ 25,00. 4
  5. 5. c)  15 16 P 37,50 40,00 A diferença será de R$ 2,50. P d) = 2,5 P = f(  ) = 2,5 .  ; portanto, k = 2,5.  e)Páginas 9 - 101. Dada uma função y = f(x), o conjunto de pontos (x; y) do plano cartesiano, tal que y = f(x), constitui o gráfico da função. No caso das grandezas diretamente y proporcionais, sendo = constante = k, ou seja, y = f(x) = kx, então o gráfico x correspondente é uma reta passando pela origem do sistema de coordenadas: 5
  6. 6. 2. Fixada a temperatura T, a pressão P e o volume V de um gás variam segundo a expressão P.V = k (k é uma constante). O gráfico de P em função de V é uma hipérbole e é muito fácil de encontrar em livros de Química:Páginas 10 - 121. Esse é mais um exemplo de uma situação em que a proporcionalidade direta existe apenas no cálculo da parcela variável da corrida de táxi, existindo outra parcela fixa, independentemente dos quilômetros rodados. Temos, no caso, P = 15 + 0,8.x (P em reais e x em km; R$ 0,80 é o custo de cada quilômetro rodado). a) Em uma corrida de 12 km, ou seja, para x = 12, resulta P = 15 + 0,8 . 12 = = R$ 24,60. 6
  7. 7. b) A diferença entre o custo de uma corrida de 20 km e o de uma de 21 km é o custo de 1 km rodado, ou seja, é R$ 0,80. c) O gráfico de P em função de x é uma reta com inclinação 0,8, cortando o eixo vertical (OP) no ponto de ordenada 15.2. Nesse caso, temos uma variação proporcional em uma grandeza decrescente: se o consumo diário é sempre 0,5 kg por dia, então a massa de gás consumida é diretamente proporcional ao número de dias, e a massa restante no botijão é a diferença entre o valor inicial, 13 kg, e a massa consumida, ou seja, m = 13 – 0,5t (t em dias). a) O número x de dias necessários para consumir 6 kg de gás é tal que 0,5 . x = 6, ou seja, x = 12 dias. b) A massa de gás que resta em um botijão após dez dias de uso é m = 13 – 0,5 . 10 = 8 kg. c) O gráfico de m em função de t é uma reta cortando o eixo Om no ponto de ordenada 13 e decrescendo a uma taxa de 0,5 kg por dia: 7
  8. 8. Páginas 12 - 141. a) Da observação direta do gráfico conclui-se que o nível mínimo da água armazenada foi de 10 m; o máximo foi de 100 m. b) Analogamente, observamos que o nível de 40 m foi atingido duas vezes no ano; já o nível de 95 m foi atingido seis vezes ao longo do ano.2. Para esvaziar um reservatório de 20 000 L, se o consumo diário for de x litros por dia, serão necessários N dias, sendo N . x = 20 000, ou seja, N e x são inversamente proporcionais. a) Para x1 = 500, o número de dias N1 é tal que N1 . 500 = 20 000, ou seja, N1 = 40 dias; analogamente, para x2 = 800, o número de dias N2 é tal que N2 . 800 = 20 000, ou seja, N2 = 25 dias. b) O gráfico de N em função de x é uma curva que representa o fato de que, quanto maior o valor de N, menor o de x, mantendo-se a proporção inversa (N . x = 20 000); é a hipérbole mostrada a seguir:3. a) Se x e y são diretamente proporcionais, significa que y = kx. Com o ponto (4, 12) temos 12 = 4k; portanto, k = 3. Logo, a expressão que relaciona x e y será y = 3x. 8
  9. 9. b)c) f(–2) = – 6. 9
  10. 10. SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 2 FUNÇÕES DE 1º GRAU: SIGNIFICADO, GRÁFICOS, CRESCIMENTO, DECRESCIMENTO, TAXASPáginas 15 - 221. Reta A Como a reta A passa pela origem, o coeficiente b é igual a 0. Todos os seus pontos y (x; y) são tais que é igual a 2 (há proporcionalidade direta entre y e x). Segue, x portanto, que y = 2x ou seja f(x) = 2x, (a = 2 e b = 0). Reta B Observando as retas A e B, percebemos que elas são paralelas, ou seja, o coeficiente a é comum a ambas. Como B corta o eixo y no ponto de ordenada 2, temos b = 2, ou seja, f(x) = 2x + 2 no caso da reta B. Reta C Observando as retas A e C, percebemos que elas são paralelas, ou seja, a inclinação é a mesma, igual a 2 em ambas. Como a reta C corta o eixo y no ponto de ordenada 4, o valor de b é 4 e temos f(x) = 2x + 4 para a reta C. Reta D Trata-se do caso em que o coeficiente a é igual a 0; como o valor de b é 4, então temos a função constante e igual a 4: f(x) = 4. Reta E A reta E corta o eixo y no ponto de ordenada 4; logo, b = 4. Temos, então, f(x) = ax + 4. Como a reta passa pelo ponto (3; 0), temos f(3) = 0, ou seja, 4 4 0 = a . 3 + 4. Daí, obtemos a = . Logo, f(x) = x4. 3 3 10
  11. 11. 2. a) O custo quando a empresa não está produzindo é chamado pelos economistas de custo fixo. Mesmo sem produzir e vender, uma empresa tem custos fixos de aluguel e impostos. No caso da empresa analisada no problema, seu custo fixo é de 500 reais. b) O gráfico intersecta o eixo y no ponto de ordenada 500, o que significa dizer que b = 500, ou seja, C(x) = ax + 500. Usando o fato de que, para x = 10, o valor de C é 520, temos: 520 = a.10 + 500. Logo, a = 2, e a função é C(x) = 2x + 500. Como x é o total de litros de xampu produzidos pela empresa, essa função só faz sentido para x  0. Matematicamente, o valor de x pode ser tão grande quanto se quiser. Naturalmente, as condições reais de produção podem impor outros limites ao valor de x. c) C(1 500) = 2 . 1 500 + 500; logo, C(1 500) = R$ 3 500 C(1 500) = 3 500 d) Para C = 10 000, temos: 10 000 = 2x + 500, de onde segue que x = 4 750 L. e) Pelo gráfico, vemos que a cada 10 L gasta-se 20 reais a mais; portanto, a cada 1 L gasta-se 2 reais a mais (esse valor é a inclinação da reta que é o gráfico).3. a) CF = 2 000. b) CV(x) = 0,05.x. c) C(x) = 0,05x + 2 000 ou C(x) = 2000 + 0,05x. d) 11
  12. 12. 4. Como as funções são do tipo f(x) = mx, basta substituir um par de valores de x e de y = f(x) nessa equação para determinar o valor de m. Em A, temos: 4 4 = m.(3), ou seja, m =  . 3 Em B, temos: 4 = m . 2, ou seja, m = 2. Em C, temos: 4 4 = m . 5, ou seja, m = . 55. a) Quando m > 0, quanto maior o seu valor, mais “em pé” estará a reta. b) Se m > 0, a reta está inclinada para a direita (função crescente); se m < 0, a reta está inclinada para a esquerda (função decrescente).6. a) Sendo x o valor gasto com comida e observando-se que acrescentar 10% a um valor equivale a multiplicá-lo por 1,1, o valor y a ser pago será: y = 1,1x + 10. b) O gráfico será uma reta que corta o eixo y no ponto de ordenada 10 e que tem inclinação igual a 1,1; para x = 10, o valor de y correspondente será 21: 12
  13. 13. 7. A empresa Negócios da China S.A. tem um custo diário de R$ 200,00 com salários e manutenção da empresa. Cada produto produzido custa R$ 2,00 e é vendido a R$ 5,00. Desse modo teremos: a) O custo diário C é função do custo fixo, Cf = 200, e do custo variável, Cv = 2x, logo, a expressão do custo total será C = 2x + 200. b) A receita corresponderá à expressão R = 5x. c) Professor, vale a pena discutir com a turma o valor 66,66 de unidades produzidas,afinal como interpretar essa quantidade de unidades? Ocorre que, na construção dográfico, admitimos as grandezas envolvidas como números reais, o que nos dá umaimagem contínua dos gráficos. Este número, 66,6, servirá como um valor ainda a serinterpretado pelo analista de produção. d) Nesta situação, teremos R = C, logo 5x = 2x + 200, portanto x = 66,6. Deste modo, devem ser vendidos 66 produtos para a empresa estar em equilíbrio.8. a) A leitura imediata no gráfico fornece o valor do tributo y = 200 reais. b) Não, porque para 3 800 m² o imposto é de 800 reais. c) Entre os pontos (800; 200) e (3 800; 500), temos: y = mx + n Para x = 800, temos y = 200, ou seja, 200 = m . 800 + n. 13
  14. 14. Para x = 3 800, calculemos como se tivéssemos y = 500 (mesmo sabendo que o intervalo é aberto), apenas para ter a equação da reta: 500 = 3 800 . m + n. Resolvendo o sistema, temos: m = 0,1 e n = 120. A equação procurada é y = 0,1x + 120 (para 800 ≤ x < 3 800).Desafio!Página 22 Observando o gráfico, pode-se confirmar essa intenção. Para isso, pode-se analisar ográfico e concluir que a taxa de crescimento para terrenos maiores do que 3 800 m2 1 000  800 200  4 000  3 800  200  1 é maior do que nos intervalos anteriores. Nos terrenos com  área menor que 800 m2, a taxa é 0 (não há cobrança de impostos) e, para as áreas entre 500  200 300800 e 3 800 m2, a taxa é:   0,1 . 3 800  800 3 000Páginas 23 - 261. Questões (a) e (b) Temos o seguinte esquema: Os segmentos que determinam as temperaturas nas diferentes escalas representam a mesma parte do intervalo entre a temperatura de fusão do gelo e a de ebulição da água, ou seja, temos a proporção: 14
  15. 15. K  273 C 0 F  32   .373  273 100  0 212  32 De tal proporção, concluímos que:K  273 C F  32   . 100 100 180 Ou seja, K = C + 273. F = 1,8C + 32. c) Sendo F = 95, temos: 95 = 1,8C + 32, e então C = 35. d) Uma temperatura de K = 300 corresponde a C = 27. Calculando em Fahrenheit, obtemos: F = 1,8 . 27 + 32, ou seja, F = 80,6.2. A taxa de crescimento é a razão entre a variação na produção e a variação no tempo, o que representa o aumento da produção por ano. Portanto, a taxa m entre 2004 e 596  535 2005 foi igual a m   61 milhões de barris. 54 Se essa taxa permanecer constante, ou seja, se o gráfico continuar sendo a mesma reta desenhada acima, no período de 2005-2006 o aumento da produção seria de 61 milhões de barris, e a produção estimada seria de 596 + 61 = 657 milhões de barris.3. a) Sendo o perímetro igual à soma dos comprimentos de todos os lados da folha, temos: 2.(2x + 4) + 2x + 2x + 2.(x + 10) +2x  64. Daí segue que 4x + 8 + 2x + 2x + 2x + 20 + 2x  64, ou seja, 12x  6428, o que acarreta que x  3. Portanto, x deve ser maior ou igual a 3 metros. b) Analogamente, temos: 2(x + 2x + 4 + x) < 2x + 2(x + 10). 2x + 4x + 8 + 2x < 2x + 2x + 20. 4x < 12, ou seja, x < 3. Portanto, x deve ser maior que 0 e menor que 3 metros. 15
  16. 16. 4.  t , 0  t  10  V (t )   10, 10  t  20  t  30, 20  t  30  16
  17. 17. SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 3 FUNÇÕES DE 2º GRAU: SIGNIFICADO, GRÁFICOS, INTERSEÇÕES COM OS EIXOS, VÉRTICES, SINAISPáginas 28 - 351. Resposta (a),( b),(c) e (d):Resposta (e), (f), (g) e (h): 17
  18. 18. Desafio!Páginas 29 - 31 Afirmar que o gráfico apresenta um “bico” na origem significaria dizer que existeuma reta inclinada em relação ao eixo de x, tal que o gráfico de f(x) = x2 estaria situadoacima de tal reta para todos os valores de x, mesmo os mais próximos de 0, conformepode-se verificar na figura abaixo.Tal reta tangente seria o gráfico de uma função do tipo y = mx, m > 0.Teríamos, então: x2 ≥ mx para todo x ≥ 0.Ocorre, no entanto, que, se x2 ≥ mx, então x2 – mx ≥ 0, ou seja, x(x–m) ≥ 0 para todo x.Mas nota-se que, para valores de x entre 0 e m, os valores do produto x(x – m) sãonegativos, ou seja, x2 < mx, o que significa dizer que o gráfico de f(x) = x2 situa-seabaixo do gráfico de y = mx.Em outras palavras, para cada valor de m > 0, por menor que seja, o gráfico de f(x) = x2situa-se abaixo do gráfico de y = mx, para valores de x entre 0 e m. Por exemplo,mesmo se considerarmos a reta y = 0,001x, para valores de x entre 0 e 0,001, o gráficode f(x) = x2 situa-se abaixo dessa reta. Conclui-se, então, que não existe reta y = mx talque, para todo x, o gráfico de f(x) = x2 situe-se acima da reta; e é exatamente isso quesignifica dizer que o gráfico não tem um “bico” na origem. 18
  19. 19. Página 312. Resposta (a), (b), (c) e (d): a) Vértice: (0, 1) b) Vértice: (0, 3) c) Vértice: (0; -1) d) Vértice: (0, –3).Questões (e), (f) e (g): 19
  20. 20. e) Vértice: (0, 1) f) Vértice: (0, –5) g) Vértice: (0, 7)3. Questões (a), (b), (c) e (d): a) Vértice: (–1; 0) b) Vértice: (–3; 0) c) Vértice: (1; 0) d) Vértice: (3; 0)Questões (e), (f) e (g): e) Vértice: (5, 0) f) Vértice: (–3, 0) g) Vértice: (1, 0) 20
  21. 21. 4. Resposta (a), (b), (c) e (d): a) Vértice: (–1, 1) b) Vértice: (–3, -1) c) Vértice: (1, –1) d) Vértice; (3, 2)Páginas 35 - 361. 1 a) Coordenadas do vértice: (–3;  ). 2 ponto de mínimo: x = –3 1 mínimo valor da função: (–3) =  . 2 5 b) coordenadas do vértice: (2;  ) 2 ponto de máximo: 2 5 máximo valor da função:  . 2 c) coordenadas do vértice: (1; 2) ponto de mínimo: 1 mínimo valor da função: 2. 21
  22. 22. 1 3 d) coordenadas do vértice: ( ;  ) 2 4 1 ponto de mínimo: 2 3 mínimo valor da função:  . 4 e) coordenadas do vértice: (4; 0) ponto de mínimo: 4 mínimo valor da função: 0. f) coordenadas do vértice: (0; 2) ponto de máximo: 0 máximo valor da função: 2.Páginas 37 - 411. a) No gráfico (I), para x = 1, temos y = f(1) = –3. b) No gráfico (II), para x = 3, temos y = f(3) = 15. c) Usando as expressões algébricas das funções, obtemos os seguintes valores: Função I x 2 –2 4 –4 ou 4 –5 5 ou –5 y = x2 – 4 y 0 0 12 12 21 21 Função II x –3 1 6  1  17 –5 1 2 7 y = x2 + 2x y 3 3 48 16 15 27 Vale a pena comentar com os alunos os resultados obtidos, que refletem a ideia de simetria na parábola.2. a) Em razão da simetria do gráfico, concluímos que o vértice é o ponto médio do segmento do eixo x entre 0 e 4, ou seja, no vértice temos x = 2. O valor de y 22
  23. 23. correspondente é f(2) = –22 + 4 . 2 = 4. Logo, o vértice é o ponto V, de coordenadas (2; 4). b) Para x = 1, temos f(1) = 3, ou seja, m = 3. Como vemos que o valor de f(n) também é igual a 3, então n é o simétrico do ponto x = 1 em relação ao vértice x = 2, ou seja, a distância de n até o 2 é igual à distância de 1 até o 2, ou seja, n = 3. De fato, podemos verificar que f(3) = 3.3. • No Gráfico 1, podemos identificar os pontos (0; 0), (2; –4) e (4; 0) pertencentes à parábola. Temos que a é positivo e c vale 0, pois o ponto (0; 0) pertence ao gráfico. Substituindo os valores de x e y na forma geral y = ax2 + bx, obtemos: – 4 = a . 22 + b . 2 e 0 = a . 42 + b . 4. Daí segue, resolvendo o sistema 2a + b = –2 e 4a + b = 0, encontramos a = 1 e b = – 4. Portanto, a função que corresponde ao Gráfico 1 é: f(x)  x 2  4 x . • No Gráfico 2, podemos identificar os pontos (–4; 0), (0; 8) e (2; 0) pertencentes à parábola. Além disso, podemos concluir que a é negativo e que o valor de y para x = 0 é 8, ou seja, c = 8. Substituindo os outros valores de x e y correspondentes aos pontos (–4; 0) e (2; 0) na expressão geral y  ax 2  bx  8 , obtemos as seguintes equações: 0 = a . (–4)2 + b . (–4) + 8. 0 = a . 22 + b . 2 + 8.  4a  2b  8 Resolvendo o sistema  , obtemos a = –1 e b = –2. 16a  4b  8 Portanto, a função que corresponde ao Gráfico 2 é: f ( x)   x 2  2 x  8 . • No Gráfico 3, podemos identificar os pontos (–3; 8), (0; 2) e (1; 4) pertencentes à parábola. Pelo gráfico, podemos concluir que a é positivo e c vale 2, pois o ponto (0; 2) pertence ao gráfico. Substituindo os valores de x e y correspondentes aos outros dois pontos na expressão geral y  ax 2  bx  2 , obtemos as seguintes equações: 8 = a . (–3)2 + b . (–3) + 2. 4 = a . 12 + b . 1 + 2. 23
  24. 24. 9a  3b  6 Resolvendo o sistema  , obtemos: a= 1 e b = 1.  ab  2 Portanto, a função que corresponde ao Gráfico 3 é: f ( x)  x 2  x  2 .4. b a) Já vimos que a abscissa xv do vértice da parábola é igual a . 2a  12 Temos xv =  2 ; calculando yv, obtemos: yv = f(xv) = f(–2) = –1 < 0. 2 .3 Como a = 3 > 0 e yv < 0, então a equação tem duas raízes reais distintas (faça uma figura para se convencer disso!). 12 b) Temos xv =  2 ; calculando yv, obtemos: yv = f(xv) = f(2) = 3 > 0. 2 .3 Como a = 3 > 0 e yv > 0, então a equação não tem raízes reais (faça uma figura para ajudar na conclusão). c) Temos xv = – 4 e yv = f(–4) = 37 > 0; como a = –2 < 0, segue que a e yv têm sinais contrários e a equação tem duas raízes reais distintas. 5 5 1 d) Temos xv = e yv = f( ) = < 0; como a = –2 < 0, segue que a e yv têm 2 2 2 sinais iguais e a equação não tem raízes reais. 5 5 3 e) Temos xv = e yv = f( )= < 0; como a = 11 > 0 , segue que a e yv têm 22 22 44 sinais contrários e a equação tem duas raízes reais distintas. 3 3 f) Temos xv = e yv = f( ) = 0; como yv = 0, segue que a equação tem duas 2 2 raízes iguais.5. Nesse caso, o aluno pode adotar diferentes formas para encontrar as raízes das equações, entre elas o método denominado método de Bhaskara. Aqui são privilegiadas soluções que exploram o conteúdo aprendido nesta Situação de Aprendizagem. a) Calculando os valores de xv e yv, temos: 24
  25. 25.  b  12 xv =   2 ; yv = f(–2) = 3.( –2)2 + 12.( –2) + 11 = –1. 2a 6 Como a = 3 > 0 e yv = –1 < 0, conclui-se que a equação tem duas raízes distintas (pense na figura!).  yv  yv As raízes são x1 = xv – e x2 = xv + ; substituindo os valores de yv e a, a a 1 1 obtemos: x1 = –2 – e x2 = –2 + . 3 3 O sinal de f(x) = 3x2 + 12x + 11 é positivo (igual ao de a) para valores de x fora do 1 1 intervalo das raízes, ou seja, para x > –2 + ou para x < –2 – ; é negativo 3 3 (contrário ao de a) para valores de x no intervalo das raízes, ou seja, para 1 1 –2 – < x < –2 + . 3 3 3 3 b) Analogamente, temos xv = e yv = f( ) = 0; logo, as duas raízes são iguais a 2 2 3 xv = . 2 Sobre o sinal, f(x) = –4x2 + 12x – 9 é sempre menor ou igual a 0, pois a < 0; somente 3 temos f(x) = 0 para x = xv = . 2 5 5 1 c) Calculando xv e yv, obtemos: xv = e yv = f( ) = < 0. 2 2 2  yv Como a = –2, a razão é negativa e a equação não tem raízes reais. a Como a equação f(x) = 0 não tem raízes reais, a função f(x) = –2x2 + 10x –13 tem sempre o mesmo sinal, que é o sinal de a (negativo), qualquer que seja o valor de x.Páginas 42 - 441. a) Para determinar a expressão algébrica da função R(q), sabendo-se que a curva é uma parábola, escrevemos: R(q) = aq2 + bq, pois o valor correspondente de c é 0, 25
  26. 26. uma vez que a curva corta o eixo vertical na origem. Como R(16) = 0, concluímos que a . 162 + b . 16 = 0, ou seja, que 16a + b = 0. Em razão da simetria da parábola, concluímos que o valor de q no vértice é o ponto médio do segmento de 0 a 16, ou seja, é igual a 8. Como vemos que R(8) = 64, temos: a . 82 + b . 8 = 64, ou seja, 8a + b = 8. Resolvendo o sistema formado pelas equações 16a + b = 0 e 8a + b = 8, obtemos: a = –1 e b = 16, ou seja, R(q) = –q2 + 16q. b) A observação direta do gráfico nos mostra que o rendimento máximo é igual a R$ 64 000,00. c) O valor de q que conduz ao rendimento máximo é q = 8, ou seja, é a produção de 8 mil unidades. d) O rendimento para q = 15 é igual a R(15) = –(15)2 + 16 . 15 = 15, ou seja, é R$ 15 000,00. Para q = 20, no entanto, temos R(20) = –202 + 16 . 20 = –80, ou seja, é negativa, o que significa que a produção dará prejuízo de R$ 80 000,00. Esse resultado pode surpreender os alunos, pois não é intuitivo supor que para uma produção maior se obtenha lucro negativo. Contudo, isso se deve a uma questão de ordem econômica. Se a empresa possui uma estrutura produtiva montada para determinado nível de produção, a partir de certo ponto passa a haver ineficiência produtiva devido a alguns fatores: alto custo de horas extras pagas, espaço físico limitado para um número de trabalhadores, desgaste excessivo de máquinas, etc. Por essa razão, a função que representa o lucro é decrescente a partir de determinado nível de produção, correspondente ao vértice da parábola, no caso.2. Para os itens desta atividade, o aluno poderá aplicar a fórmula das coordenadas dos vértices ou comparar a função a uma equivalente escrita na forma f(x) = (x –xv)2 + yv, solução que foi privilegiada aqui. a) Basta observar as coordenadas dos vértices dados na função. Assim, o valor mínimo é 100; ponto de mínimo é x = 12. b) Pode-se escrever a função como f(x) = –(x – 0)2 + 10. Daí encontra-se o valor máximo de 10; ponto de máximo é x = 0. c) Pode-se verificar que f(x) = (x + 3)2; logo, o valor mínimo da função é 0 e o ponto de mínimo é x = –3. 26
  27. 27. d) Pode-se escrever f(x) = 3(x2 + 10x + 25) = 3(x + 5)2; logo, o valor mínimo é 0 eo ponto de mínimo é x = –5.e) Pode-se escrever f(x) = –x2 + 10x –25 + 25, ou seja, f(x) = –(x – 5)2 + 25; logo,o valor máximo é 25 e o ponto de máximo é x = 5.f) Pode-se escrever f(x) = x2 + 8x + 16 + 5, ou seja, f(x) = (x + 4)2 + 5; logo, ovalor mínimo é 5 e o ponto de mínimo é x = – 4. 27
  28. 28. SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 4 PROBLEMAS ENVOLVENDO FUNÇÕES DE 2º GRAU EM MÚLTIPLOS CONTEXTOS; PROBLEMAS DE MÁXIMOS E MÍNIMOSPáginas 46 - 521. a) A pergunta é qual o valor de q que corresponde ao mínimo valor da função C(q). A função C(q) é de 2o grau, traduzindo algum tipo de proporcionalidade direta entre uma grandeza e o quadrado de outra.  (1 000) Seu gráfico é uma parábola cujo vértice encontra-se no ponto qv =  500 . 2 O nível de produção que corresponde ao custo mínimo é, pois, q = 500; o valor do custo mínimo é C(500) = 5002 – 1 000 . 500 + 800 000 = R$ 550 000,00. b) O gráfico de C(q) é uma parábola com a concavidade para cima, cortando o eixo C no ponto de ordenada 800 000, e com vértice no ponto (500; 550 000): c) O custo inicial C(0) = 800 000 corresponde ao custo fixo, independentemente de se iniciar a produção (aluguéis, equipamentos, salários, etc.). d) No modelo de produção suposto, o custo de R$ 800 000,00 corresponde a dois níveis de produção. Para determiná-los, basta resolver a equação C(q) = 800 000, ou seja: q2 – 1 000q + 800 000 = 800 000, de onde obtemos: q = 0 ou q = 1 000. e) De fato, do ponto de vista do custo, dois níveis de produção simétricos em relação ao vértice da parábola, como são 300 e 700, correspondem ao mesmo custo; 28
  29. 29. no caso, C(300) = C(700) = 590 000. Entretanto, do ponto de vista do rendimento bruto, certamente é preferível o nível de produção maior.2. a) Chamando um dos lados de x, o outro será 40 – x, e a área do retângulo será igual a A(x) = x . (40 – x). Buscamos o valor de x para que a área A(x) atinja o valor máximo. A(x) é uma função de 2o grau: A(x) = x . (40 – x) = –x2 + 40x. Seu gráfico é uma parábola com a concavidade voltada para baixo. As raízes da equação de 2o grau A(x) = 0 são x = 0 ou x = 40. O vértice da parábola é o ponto onde xv = 20, ponto médio do segmento determinado pelas raízes (o vértice também poderia ter sido obtido por meio da expressão  b  40 xv =   20 ). Os lados do retângulo de área máxima serão, portanto, 20 e 2a 2 40 –20, ou seja, o retângulo de área máxima é um quadrado de lado 20. b) O valor máximo de A(x) é A(xv) = –(20)2 + 40 . 20 = 400 m2.3. a) Sendo o comprimento dos três lados do muro igual a 36 m, se um dos lados é x, o outro será 36 – 2x, e a área do retângulo será: A(x) = x . (36 – 2x). b) O gráfico de A(x) é uma parábola com a concavidade para baixo, tendo como raízes da equação de 2o grau correspondente os valores 0 e 18. c) O valor máximo da área A ocorre para x = 9 (ponto médio do segmento entre as raízes); a área máxima é igual a A(9) = 36 . 9 – 2 . 92 = 162 m2 e as dimensões são: 9 m e 18 m. 29
  30. 30. 4. a) Nossa incógnita é o valor x de dias, contados a partir de hoje, após os quais o bezerro deve ser vendido, de modo a gerar o maior retorno y possível, em reais. Para encontrar o valor de y, devemos multiplicar o peso p (massa) em kg do bezerro pelo valor v pago por kg: y = p . v. O enunciado informa que o peso p aumenta 2 kg por dia, a partir do valor inicial 200 kg, ou seja, p = 200 + 2x, onde x é o número de dias decorridos até a venda. O valor v de cada kg, no entanto, decresce à razão de R$ 0,40 por dia, a partir do valor inicial 50 kg; temos, então, que v = 50 – 0,40x. Logo, o valor arrecadado será igual a y = p . v, ou seja, y = (200 + 2x) . (50 – 0,40x) = –0,80x2 + 20x + 10 000. O valor a ser arrecadado é, portanto, uma função de 2o grau: f(x) = –0,80x2 + 20x + 10 000. Determinar a melhor data para vender o bezerro corresponde a buscar o valor de x para o qual f(x) assume seu valor máximo. De fato, a função tem o coeficiente a negativo (a = –0,80) e, portanto, apresenta um valor máximo. Tal valor máximo ocorre exatamente no vértice do gráfico de f(x). b  20 Calculando o valor de xv, obtemos: xv =   12,5 . Concluímos, então, 2a  1,60 que, mantidas as condições atuais, a melhor data para vender o bezerro é daqui a 12,5 dias, ou seja, entre o 12o e o 13o dia. b) O valor a ser arrecadado com a venda é: f(12,5) = –0,80 . 12,52 + 20 . 12,5 + 10 000, ou seja, é igual a R$ 10 125,00. c) O gráfico de f(x) é mostrado abaixo: trata-se de uma parábola com a concavidade para baixo, tendo como vértice o ponto (12,5; 10 125). 30
  31. 31. d) O valor arrecadado pelo criador será 0 quando tivermos: – 0,80x2 + 20x + 10 000 = 0. Procurando as raízes dessa equação, encontramos:  yv  10 125 x = xv ± = 12,5 ± = 12,5 ± 12 656,25 = 12,5 ±112,5. a  0,80 Uma das raízes é negativa e não faz sentido para o problema; a outra, a positiva, é igual a 12,5 + 112,5 = 125 dias. Uma maneira mais simples de responder a esta questão teria sido aproveitar a forma fatorada da equação de 2o grau, pois se sabia, desde o início, que: (200 + 2x) . (50 – 0,40x) = –0,80x2 + 20x + 10 000. Logo, para obter as raízes, bastaria igualar a 0 os fatores do primeiro membro, 50 obtendo x = –100, que não faz sentido no problema, e x =  125 , que é a 0,40 solução anteriormente encontrada.5. a) y = x(120 – x) = –x2 + 120x. b) Devemos fazer –x2 + 120x = 40x, isto é, –x2 + 80x = 0 e, portanto, x = 0 ou x = 80. Como y = 40x, y = 40 . 80 = 3 200. Logo, o míssil interceptará o foguete a 3 200 metros de altura. 31
  32. 32. Páginas 52 - 551. a) Sabemos que o valor de N para t = 0 é 2 000 e para t = 2 é 2 100; com base nessas informações, podemos calcular os coeficientes k e L: N(0) = k . (0 – 6)2 + L = 2 000. N(2) = k . (2 – 6)2 + L = 2 100. Concluímos, então, que 36k + L = 2 000 e 16k + L = 2 100. Daí segue que k = –5 e L = 2 180. Temos, portanto: N(t) = –5 . (t – 6)2 + 2 180. b) O gráfico de N(t) é o mostrado abaixo: c) Como se pode depreender da expressão N(t) e do gráfico, o valor máximo para N é 2 180. d) O número de doentes cairá a 0 quando tivermos N(t) = 0, ou seja, quando – 5(t – 6)2 + 2 180 = 0. Calculando o valor de t, obtemos: (t – 6)2 = 436 t – 6  20,9 t  26,9 semanas (o outro valor possível para t é negativo e não faz sentido para o problema em questão). 32
  33. 33. 2. a) Para L = 100 mil habitantes, a função que expressa a velocidade de crescimento populacional é: V = f(N) = k . N . (100 000 – N). Como se sabe que V = 900 para N = 10 000, resulta que: 900 = k . 10 000 . (100 000 – 10 000), ou seja, k = 10–6. Temos, então, para a função V = f(N): V = f(N) = 10–6 . N . (100 000 – N) ou, ainda, V = f(N) = –10–6 . N2 + 10–1 . N. b) Para responder à pergunta, basta determinar as raízes da equação f(N) = 0. Encontramos, então, N = 0 ou N = 100 000. c) Como f(N) é uma função de 2o grau com o coeficiente de N2 negativo, a parábola que é o gráfico de f(N) tem a concavidade voltada para baixo. Segue que o sinal de f(N) é positivo (contrário ao do coeficiente de N2) no intervalo entre as raízes (0 < N < 100 000) e é negativo para N > 100 000 (N < 0 não faz sentido no problema). Portanto, a velocidade V de crescimento será positiva (a população cresce) para uma população menor que 100 mil habitantes. A partir desse limite, a velocidade de crescimento passará a ser negativa (a população decresce). d) A velocidade de crescimento é máxima no vértice da parábola que é o gráfico de  10 1 f(N); temos Nv =  50 000 .  2.10 6 e) O gráfico de V = f(N) é apresentado a seguir.3. Com os dados do problema podemos escrever que Rt = R1 + R2, o que nos permite concluir que Rt= 0,7t2 + 4,2t + 304. Observando que o coeficiente de t2 é positivo, concluímos que a concavidade da parábola, que representa essa interdependência, é 33
  34. 34. para cima e, portanto, a função admitirá um valor de mínimo. Contudo, encontrando os valores das coordenadas do vértice dessa parábola, observamos que o valor da abscissa é negativo, xv = – 3, o que não é possível, pois ela se refere à grandeza tempo. Construindo o gráfico correspondente encontramos: Desse modo o valor mínimo da receita não está no vértice, mas no ponto deinterseção da parábola com o eixo y, isto é (0, 304). A resposta para a questão é, portanto, que a receita total terá um valor mínimo notempo 0 (zero) e este valor será igual a R$ 304,00. O professor também pode comentar com os alunos que o fato de a parábola crescer ataxas crescentes não significará que a receita das lojas será infinita uma vez que sedevem considerar vários fatores que limitam esse crescimento em uma situação decontexto. O fato importante aqui é que o domínio da função em uma situação real diferedo contexto puramente matemático. Portanto possui valor de máximo e a coordenada do yv será o valor máximo destareceita. 34
  35. 35. AJUSTES Caderno do Professor de Matemática – 1ª série – Volume 2 Professor, a seguir você poderá conferir alguns ajustes. Eles estão sinalizados a cadapágina. 35
  36. 36. Admitindo que a taxa de crescimento do (em m²) cujo imposto cobrado seja exa- período 2004-2005 se manteve no período tamente R$ 500,00? 2005-2006, calcule o valor aproximado da Não, porque para 3 800 m² o imposto é de produção média anual, em milhões de barris, R$ 800,00. no ano 2006. c) Determine uma função do tipo A taxa de crescimento é a razão entre a y = mx + n, com y sendo o tributo em variação na produção e a variação no tempo, R$, e x a área em m², válida para o in- o que representa o aumento da produção por tervalo 800 ≤ x ≤ 3 800. ano. Portanto, a taxa m entre 2004 e 2005 foi Entre os pontos (800; 200) e (3 800; 500), 596 – 535 igual a m =   =   61   milhões de barris. temos: 5–4 Se essa taxa permanecer constante, ou y = mx + n seja, se o gráfico continuar sendo a mesma reta desenhada anteriormente, no período Para x = 800, temos y = 200, ou seja, 2005-2006 o aumento da produção seria de 200 = m . 800 + n 61 milhões de barris, e a produção estimada Para x = 3 800, calculemos como se seria de 596 + 61 = 657 milhões de barris. tivéssemos y = 500 (mesmo sabendo que Atividade 8 o intervalo é aberto), apenas para ter a equação da reta: 500 = 3 800 . m + n O gráfico a seguir indica o valor de um determinado tributo territorial em função da Resolvendo o sistema, temos: m = 0,1 área de uma propriedade. e n = 120. Tributo A equação procurada é y = 0,1x + 120 (para (em R$) 800 ≤ x < 3 800). 1 000 800 Havendo tempo disponível, o professor 500 poderá pedir aos alunos que determinem a 200 função do tipo y = mx + n para o intervalo Área da propriedade x ≥ 3 800. Comparando o valor de m dessa (em m2) função com a determinada no item ante- 800 3 800 4 000 rior, percebe-se que a intenção subjacente é a de cobrar mais imposto por m2 para a) Qual é o valor do imposto a pagar de propriedades maiores do que 3 800 m2. uma propriedade de 800 m² ? A leitura imediata no gráfico fornece o valor Atividade 9 do tributo y = 200 reais. A figura indica uma folha de latão que será b) Existe algum tamanho de propriedade usada na montagem de uma peça:26

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