Lição 10 — Consolidação Trim 1: workshop integrador
Workshop de integração das 9 lições anteriores. Problemas que combinam funções, taxa de variação, exponencial, modelagem. Estilo ENEM/EJU/Abitur.
Used in: 1.º ano EM
A taxa de variação média é o fio condutor do Trim 1: liga função afim (TVM constante), quadrática (TVM linear), exponencial (TVM proporcional ao valor) e prepara o terreno para derivada.
Rigorous notation, full derivation, hypotheses
Roteiro do trimestre
Esta lição não introduz conteúdo novo. É um workshop integrador com problemas que exigem combinar:
- Lição 1: notação de conjuntos, intervalos, operações entre conjuntos
- Lição 2: domínio, imagem, composição, injetividade
- Lições 3–4: funções afim e quadrática
- Lição 5: composição formal e inversa
- Lições 6–8: exponencial, logaritmo, modelos de crescimento/decaimento
- Lição 9: taxa de variação média
Arco conceitual do trimestre
O Trim 1 constrói uma única ideia de baixo para cima: como descrever mudança.
Cada etapa responde à pergunta "o que acontece com quando muda um pouquinho?": afim (sempre igual), quadrática (cresce linearmente), exponencial (cresce proporcionalmente).
Mapa de pré-requisitos
| Conceito | Lição | Para o que serve aqui |
|---|---|---|
| Conjuntos e intervalos | 1 | Domínio de exponencial/log; interseção de condições |
| Função e composição | 2, 5 | , inversa |
| Afim e quadrática | 3, 4 | Modelagem linear/parabólica |
| Exponencial e log | 6, 7, 8 | Juros, decaimento, meia-vida |
| TVM | 9 | Velocidade média, custo marginal |
Auto-avaliação sugerida
Reserve 4 h sem consulta para resolver. Confira no gabarito (25% têm resposta inline). Se acertar menos de 50%, releia as lições correspondentes; se acertar 70–90%, está pronto pro Trim 2; acima de 90%, leitura adicional indicada.
Exemplos resolvidos
Exercise list
55 exercises · 13 with worked solution (25%)
- Ex. 10.1Application
Encontre o domínio máximo de . Expresse em notação de intervalo.
Show solution
Condição do log: . Parábola de concavidade positiva — satisfeita fora das raízes. . - Ex. 10.2Application
Resolva .
Show solution
Substitua : ou . Voltando: ou .Show step-by-step (with the why)
- Reconheça a estrutura. Como , então — equação quadrática em .
- Substitua (com ). Fica .
- Fatore. ou . Ambos positivos — válidos.
- Volte para . ; .
- Verifique. : ✓. : ✓.
Macete: sempre que aparece com , faça . A equação vira quadrática, mas não esqueça ao final.
- Ex. 10.3Application
Determine a equação da reta que passa pelo vértice da parábola e tem inclinação .
Show solution
Vértice de : , . Reta de inclinação 2 por : . - Ex. 10.4Application
Sejam e . Calcule e . O que os resultados revelam sobre a relação entre e ?
Show solution
, então . , então . Os dois resultados iguais às entradas originais confirmam que e são inversas. - Ex. 10.5Application
Calcule a TVM de no intervalo .
Show solution
Função afim: TVM = coeficiente angular (constante em qualquer intervalo). Verificação: ✓. - Ex. 10.6Application
Sejam e . Determine e o domínio dessa composição.
Show solution
. Domínio: exige ; aceita qualquer real. Logo . Atenção: algebricamente existe em , mas o domínio herda a restrição de .Show step-by-step (with the why)
- Aplique a definição. .
- Domínio de . exige .
- Domínio da composição. (pois aceita todos os reais).
- Sanity check. Em : não é real — a composição é indefinida ali, mesmo que pareça válido.
Macete: ao compor funções, verifique o domínio antes de simplificar a expressão. A simplificação pode esconder restrições — erro clássico em ENEM e vestibulares.
- Ex. 10.7Application
Encontre a inversa de .
Show solution
Inverter: . Trocando : . Verifique: ✓. - Ex. 10.8Understanding
Para , calcule TVM em e compare com TVM em . Qual é a conclusão conceitual?
Show solution
TVM[0,2] . TVM[2,4] . A TVM aumentou — isso é a marca da exponencial: ela acelera. A TVM constante é a marca da afim; a TVM crescente linearmente é a marca da quadrática. - Ex. 10.9Application
Determine o domínio de . Expresse em notação de intervalo.
Show solution
Condição: (raiz) e (denominador). Logo . Para a imagem: em , ; quando , ; quando , ; quando , . Imagem salvo análise mais cuidadosa — imagem completa = na faixa ... Simplificando: imagem = . - Ex. 10.10Application
Determine para que tenha vértice em .
Show solution
Vértice em . - Ex. 10.11Application
A função é crescente ou decrescente? Justifique e determine a imagem.
Show solution
Escreva . Como base , a exponencial é decrescente. Confirme: , , . Imagem: (exponencial positiva). - Ex. 10.12Application
Resolva .
Show solution
Domínio: e , logo . Soma de logs: . Expandindo: . Bhaskara: ou . Filtrando pelo domínio (): . - Ex. 10.13Understanding
Qual é o domínio máximo de ?
Show solution
Raiz exige . Denominador exige . Interseção: . O distrator A esquece o denominador; C esquece a raiz. - Ex. 10.14ApplicationAnswer key
Determine a inversa de e verifique que .
Show solution
A inversa existe se é bijetora. é afim com coeficiente angular : injetora e sobrejetora. Inversão: . Logo . Verificação: ✓. - Ex. 10.15Application
Para , calcule a TVM nos intervalos e .
Show solution
TVM[0,2] = . TVM[2,4] = . A TVM aumentou 9 vezes — exponencial multiplica a TVM a cada intervalo equivalente. - Ex. 10.16ApplicationAnswer key
Sejam e . Calcule e determine seu domínio.
Show solution
. Domínio: exige . Logo . Compare com com — composição não é comutativa. - Ex. 10.17Application
Resolva .
Show solution
. Verificação: ✓. - Ex. 10.18Application
Para : (a) encontre as raízes; (b) determine o vértice; (c) esboce o gráfico indicando concavidade e imagem.
Show solution
Raízes de : . Vértice: ; . Concavidade para cima (coef. ). Imagem: . - Ex. 10.19ApplicationAnswer key
Encontre todos os tais que .
Show solution
Aplique em ambos os lados: . Substitua : ou . Logo ou . - Ex. 10.20Understanding
Dados e , determine e .
Show solution
, . União = menor extremo esquerdo até maior extremo direito: . Interseção = sobreposição: (o 4 não está em ). Os distradores B e D invertem os papéis da união e interseção. - Ex. 10.21Modeling
ENEM-style. Uma piscina é enchida em duas etapas: nas primeiras 2 h, vazão de 500 L/h; depois, 800 L/h. Modele como função por partes e determine o tempo total para encher 6.000 L.
Show solution
Em 2 h: L. Faltam L à 800 L/h: h. Total: h. Modelo por partes: em ; em . - Ex. 10.22Modeling
Uma cidade tem (anos, a partir de 2020). Em qual ano a população atinge 100.000?
Show solution
anos. A partir de 2020: ano 2048. - Ex. 10.23Modeling
Capacitor: , com s e V. (a) Tensão em s. (b) Tempo para cair a 1 V. (c) Meia-vida (tempo para cair pela metade).
Show solution
(a) V. (b) s. (c) Meia-vida: s.Show step-by-step (with the why)
- Identifique os parâmetros. V, s. Modelo: .
- (a) Substitua . V.
- (b) Resolva . s.
- (c) Resolva . s — meia-vida do circuito RC.
- Sanity check. Em s: V — praticamente zero, conforme regra prática.
Macete: = tempo para cair a 37%; meia-vida = ; descarga praticamente completa em .
- Ex. 10.24Modeling
A renda familiar (em R$) aumenta linearmente com a escolaridade (anos de estudo): . (a) Quanto a renda aumenta por ano de estudo? (b) Para qual a renda atinge R$ 5.000?
Show solution
(a) Coeficiente angular de é 200 — renda aumenta R\$ 200 por ano de estudo. (b) anos. - Ex. 10.25ModelingAnswer key
Uma empresa tem custo e receita . (a) Quando o lucro é zero? (b) Qual a quantidade que maximiza o lucro?
Show solution
. (a) Bhaskara: ou . (b) Vértice: , L_\max = 750.Show step-by-step (with the why)
- Calcule . . Quadrática com — parábola voltada para baixo.
- (a) Raízes (break-even). . Multiplique por : . . ou .
- (b) Vértice (lucro máximo). . R\$.
- Sanity check. Média das raízes: ✓.
Macete econômico: para com , o ótimo é . É a regra de "maximização sem cálculo" de toda microeconomia introdutória.
- Ex. 10.26Modeling
Cultura cresce com taxa /h; cultura com /h. Em : células, . Quando e têm o mesmo tamanho?
Show solution
Igualar: h. - Ex. 10.27Modeling
Nível sonoro: dB. Dados W/m² e W/m², calcule . Qual é a interpretação física da escala logarítmica aqui?
Show solution
Acústica: dB. Cada fator de 10 em intensidade adiciona 10 dB — escala logarítmica comprime a faixa de percepção humana (de 10 a 140 dB). - Ex. 10.28ModelingAnswer key
Um carro percorre 60 km em 1 h e depois 90 km em 1,5 h. Calcule a velocidade média total.
Show solution
Distância total: 150 km. Tempo total: 2,5 h. km/h. Atenção: NÃO é a média aritmética de 60 e 90 (= 75 km/h) — é distância total sobre tempo total. - Ex. 10.29Modeling
Um remédio tem meia-vida de 3 h. Você toma 100 mg agora e outra dose de 100 mg em 6 h. Modele a concentração total para . Calcule e .
Show solution
Superposição: 1.ª dose decai como . 2.ª dose a partir de : . Em : mg. Em : mg. - Ex. 10.30Modeling
(modelo logístico). (a) Capacidade de suporte (). (b) Em que tempo a população atinge 100 (metade da capacidade)?
Show solution
Capacidade de suporte: quando , , logo . Tempo para metade (100): . Este é o ponto de inflexão da logística. - Ex. 10.31Modeling
Operário A: salário fixo R$ 3.000/mês. Operário B: salário (V = vendas mensais). Para qual volume o salário de B excede o de A?
Show solution
Condição: R\$/mês. Interpretação: com vendas acima de R\$ 30.000, o salário variável supera o fixo — o vendedor B tem incentivo de desempenho. - Ex. 10.32Modeling
Custo médio: . Reescreva como soma e determine o comportamento quando .
Show solution
Reescreva: . Para grande, , então . Interpretação: custo fixo (R\$ 1.000) se dilui com o volume; custo médio converge ao custo variável unitário (R\$ 5). - Ex. 10.33Modeling
Um investimento de R$ 1.000 rende juros contínuos a 5% ao ano: . Calcule a TVM no primeiro ano e no décimo ano . Por que a TVM é maior no décimo ano?
Show solution
TVM em : R\$/ano. TVM em : R\$/ano. No décimo ano a conta cresce mais rapidamente — TVM da exponencial é proporcional ao valor acumulado. - Ex. 10.34ModelingAnswer key
Em quanto tempo o capital dobra a juros compostos de 5% ao ano? Use logaritmo. Confirme com a "regra do 72" ().
Show solution
anos. Regra do 72: anos — excelente aproximação mental. - Ex. 10.35ModelingAnswer key
Carbono-14 tem meia-vida de 5.730 anos. Uma amostra retém 75% do carbono original. Qual a idade estimada da amostra?
Show solution
Decaimento: . Aqui anos. Com : anos. - Ex. 10.36Modeling
Para , calcule a TVM no intervalo . Interprete geometricamente como inclinação de uma reta secante.
Show solution
TVM no intervalo : . Interpretação: de a , a função cresce em média 5 unidades por unidade de . Compare com a afim (TVM = 1) — a quadrática cresce mais rápido neste intervalo. - Ex. 10.37ModelingAnswer key
Química: . Uma solução de suco de laranja tem mol/L. Calcule o pH.
Show solution
. Suco de laranja é ácido (pH menor que 7). - Ex. 10.38Modeling
Mostre que a TVM de no intervalo é . Use esse resultado para calcular a TVM nos intervalos e .
Show solution
TVM quadrática em : . Para no intervalo : TVM . Para : TVM . Conclusão: intervalos de mesmo ponto médio têm a mesma TVM para . - Ex. 10.39ChallengeAnswer key
EJU-style. Para : (a) raízes; (b) vértice; (c) maior intervalo onde é injetora; (d) inversa nesse intervalo.
Show solution
(a) Raízes: . (b) Vértice: , . (c) Para injetora, restrinja a . (d) Inversa: , com .Show step-by-step (with the why)
- (a) Raízes. .
- (b) Vértice. ; . Vértice .
- (c) Injetividade. Quadrática com concavidade positiva é decrescente em e crescente em . Escolha um ramo — convencionalmente .
- (d) Inversa. Complete o quadrado: . Inverta: . Logo .
- Check. ; ✓.
Macete: para inverter quadrática, complete o quadrado primeiro — fica claro qual raiz escolher com base no ramo de injetividade.
- Ex. 10.40Challenge
Resolva o sistema com .
Show solution
Resolva o sistema: Da 1.ª equação: . Da 2.ª: . Substituindo: . Bhaskara: . Para : , . - Ex. 10.41Challenge
Resolva o sistema de inequações . Expresse a solução em notação de intervalo.
Show solution
Interseção do sistema: e . Interseção: . - Ex. 10.42Challenge
Para : (a) determine domínio e imagem; (b) verifique se é injetora; (c) encontre a inversa .
Show solution
(a) Denominador zero em ; assíntota horizontal em : , . (b) Injetora se . (c) Inversão: . - Ex. 10.43ChallengeAnswer key
Determine tal que tenha mínimo igual a zero em .
Show solution
Substitua (): . Vértice em ; mínimo = . Para mínimo zero: . Para : exige . Logo .Show step-by-step (with the why)
- Substitua . — quadrática em com concavidade positiva.
- Vértice. Mínimo em ; valor mínimo: f_\min = 1 - a^2/4.
- Imponha f_\min = 0. .
- Restrição . .
- Verificação. : mínimo em , i.e. . ✓.
Macete: sempre que aparecer e juntos, substitua . Não esqueça a restrição — ela filtra as soluções inválidas.
- Ex. 10.44Challenge
Suneung-style. Para tal que , encontre todos os pares .
Show solution
e . Se : . Se : . Pares: ou . - Ex. 10.45ChallengeAnswer key
Ponte para o cálculo. Calcule a TVM de no intervalo em função de e . O que acontece quando ? O que essa expressão representa?
Show solution
TVM de em : . Quando : TVM = derivada de em . Esta é a definição formal de derivada — o limite da TVM quando o intervalo encolhe a um ponto. - Ex. 10.46Challenge
Encontre todos os tais que . (Aplique log dos dois lados e substitua .)
Show solution
Aplique : . Substitua : ou . Logo ou .Show step-by-step (with the why)
- Log dos dois lados. . Esquerda: . Direita: .
- Substitua . .
- Fatore. .
- Volte para . ou .
- Verifique. ✓. ✓.
Macete: sempre que aparece como base e expoente simultaneamente, "log dos dois lados" transforma a equação. Aparece em problemas de Olimpíadas e em ML (máxima verossimilhança).
- Ex. 10.47Challenge
Abitur-style. Simplifique para . (Use a regra de mudança de base.)
Show solution
Regra da mudança de base: . Portanto . A mudança de base converte qualquer logaritmo para natural — a relação entre dois logs na mesma variável cancela . - Ex. 10.48Challenge
Determine o domínio e a imagem de .
Show solution
Identifique: . : precisa . Portanto . Quando : . Quando : . Imagem: . - Ex. 10.49Challenge
Desafio integrador. (a) Mostre que pode ser decomposta como soma de uma parte par e uma parte ímpar. (b) Identifique essas partes pelos nomes matemáticos canônicos.
Show solution
Sejam (componente par) e (componente ímpar). Verificação: ✓ e ✓. Para : (cosseno hiperbólico) e (seno hiperbólico). A decomposição mostra que . - Ex. 10.50ProofAnswer key
Demonstre que toda função pode ser escrita como soma de uma função par e uma ímpar.
Show solution
Defina e . Então: — par. — ímpar. E . ∎ - Ex. 10.51Proof
Demonstre que se e (constante), então é mínimo quando .
Show solution
Como , escreva . Quadrática com ; mínimo em . Logo . Mínimo: . ∎ - Ex. 10.52Proof
Demonstre que para e .
Show solution
Por definição: e . Produto: . Propriedade de potência: . Aplicando : . ∎ - Ex. 10.53ProofAnswer key
Demonstre que a composição de duas funções injetoras é injetora.
Show solution
Se e são injetoras, mostre que é injetora. Suponha , i.e. . Como é injetora: . Como é injetora: . ∎ - Ex. 10.54Proof
Demonstre que é estritamente crescente quando , usando a definição de função crescente.
Show solution
Para e : mostre que . Diferença: . Como e : (exponencial crescente). Logo , ou seja . ∎ - Ex. 10.55Proof
Demonstre que a taxa de variação média de é sempre igual a , independente do intervalo escolhido. Contraste com o comportamento da função quadrática.
Show solution
Para com , a TVM em qualquer (com ) é: . A TVM é sempre , independente do intervalo. ∎ Esse resultado é o oposto da quadrática (TVM = , depende de e ) e da exponencial (TVM varia com o intervalo).
Fontes
Apenas livros que alimentaram diretamente o texto e os exercícios. Catálogo geral em /livros.
- OpenStax — College Algebra 2e — Abramson et al. · 2022 · EN · CC-BY 4.0 · §3–6. Fonte central deste workshop.
- Stitz–Zeager Precalculus — Stitz, Zeager · 2013, v3 · EN · CC-BY-NC-SA · cap. 1, 4–6.
- Yoshiwara — Modeling, Functions, and Graphs — Katherine Yoshiwara · 2020 · EN · livre · cap. 1–6. Fonte do bloco de modelagem.
- Active Calculus 2.0 — Matt Boelkins · 2024 · EN · CC-BY-NC-SA · §1.3 (TVM).
- OpenStax — Calculus Volume 1 — OpenStax · 2016 · EN · CC-BY-NC-SA · §2.1.
- Notes on Diffy Qs — Jiří Lebl · 2024, v6.6 · EN · CC-BY-SA · §1.4–1.5.
- Hammack — Book of Proof — Richard Hammack · 2018 · EN · livre · cap. 4, 12.
Catálogo completo (80+ livros em 12 idiomas) em /livros.