Lição 61 — Máximos e mínimos
Pontos críticos, Teorema de Fermat, testes da 1ª e 2ª derivada, e o algoritmo de extremos absolutos em intervalos fechados.
Used in: 2.º ano EM · Equiv. Math II/III japonês · Equiv. Analysis/Kurvendiskussion alemã
Teorema de Fermat: se f tem extremo local em c (interior ao domínio) e é derivável em c, então . Pontos onde ou não existe são chamados pontos críticos.
Rigorous notation, full derivation, hypotheses
Definições, teoremas e algoritmos
Extremos locais e absolutos
"Se f tem um máximo ou mínimo local em c, então c é um ponto crítico de f." — Active Calculus §3.1
Teste da 1.ª derivada
Teste da 2.ª derivada
"When the second derivative test is inconclusive, we resort to the first derivative test." — OpenStax Calculus Vol. 1, §4.5
Teorema do Valor Extremo (Weierstrass)
Algoritmo dos extremos absolutos em [a, b]
Extremos locais ocorrem em pontos críticos (onde ). Extremos absolutos podem ser extremos locais ou os endpoints e .
Exemplos resolvidos
Exercise list
30 exercises · 7 with worked solution (25%)
- Ex. 61.1Application
Determine o ponto crítico de e classifique-o usando o teste da 2.ª derivada.
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Os pontos críticos de são onde , logo . Como , é mínimo local. Valor: . - Ex. 61.2Application
Classifique os pontos críticos de .
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. Em : → máximo local, . Em : → mínimo local, . - Ex. 61.3ApplicationAnswer key
Encontre os extremos absolutos de em .
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. Em : , , . Mínimo absoluto: em . Máximo absoluto: em e .Show step-by-step (with the why)
- Derive : resultado .
- Zere a derivada: , que pertence ao intervalo .
- Avalie nos três pontos: .
- Compare: o menor é o mínimo absoluto, o maior é o máximo absoluto.
- Ex. 61.4ApplicationAnswer key
Classifique todos os pontos críticos de .
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. Pontos críticos: . . Em : → mínimos. Em : → máximo local. - Ex. 61.5Application
Determine os extremos absolutos de em .
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. Zeros em : e . , , , . Máximo absoluto: . Mínimo absoluto: . - Ex. 61.6ApplicationAnswer key
Encontre e classifique os pontos críticos de .
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. Pontos críticos: e . Em : → máximo local. Em : → mínimo local. - Ex. 61.7Application
Analise os pontos críticos de .
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. não existe em , mas existe. Como para todo , não há mudança de sinal: sem extremo local. Apenas ponto crítico singular (cúspide). - Ex. 61.8Application
Classifique o ponto crítico de .
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. Não existe em ; muda de para em → mínimo local. é também mínimo absoluto pois para todo . - Ex. 61.9Application
Encontre os extremos absolutos de em .
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Em : . Avaliação: , , , . Máximo absoluto: em . Mínimo absoluto: em e . - Ex. 61.10Application
Determine os extremos absolutos de em .
Show solution
em . Avaliação: , , . Máximo absoluto: . Mínimo absoluto: . - Ex. 61.11Application
Determine os extremos absolutos de em .
Show solution
. Zeros: e . Em , todos pertencem ao intervalo. Avaliação: , , , , . Máximo absoluto: . Mínimo absoluto: . - Ex. 61.12ApplicationAnswer key
Determine os extremos absolutos de em .
Show solution
. Como para todo , a função é estritamente decrescente — sem pontos críticos com . Extremos em : (máximo), ... aguarde: , . Em : , . Mínimo absoluto: . Máximo absoluto: . - Ex. 61.13Understanding
Se e , então o ponto é:
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O teste da 2.ª derivada: se e , a função tem concavidade para baixo em , configurando máximo local. Distrator B inverte a conclusão; C confunde com inflexão; D é falso pois . - Ex. 61.14Understanding
Qual afirmação sobre o Teorema de Fermat é correta?
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Fermat diz: extremo local interior derivável → ponto crítico (implicação de A para B). A recíproca (B → A) é falsa: em é o contraexemplo clássico. Opção C contradiz Fermat. Opção D inverte a implicação. - Ex. 61.15Understanding
Se e , qual é a conclusão correta?
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Quando , o teste da 2.ª derivada é inconclusivo. Exemplos: tem mínimo em ; tem máximo; tem inflexão. É necessário o 1.º teste ou análise direta de sinais. - Ex. 61.16Application
Determine os extremos absolutos de em .
Show solution
. Pontos críticos: e . Avaliação em : , , , . Máximo absoluto: . Mínimo absoluto: . - Ex. 61.17Application
Determine o extremo local de .
Show solution
. Como sempre. . → mínimo local em , .Show step-by-step (with the why)
- Aplique a regra do produto: , então .
- Como para todo , a equação reduz a , ou seja, .
- Segunda derivada: . Em : → mínimo local.
- Valor mínimo: .
- Ex. 61.18Application
Classifique os extremos locais de .
Show solution
. Zeros: . Em : antes, depois → máximo local . Em : mínimo local . - Ex. 61.19ApplicationAnswer key
Determine os extremos absolutos de em .
Show solution
. Como para todo , a função é estritamente crescente — sem pontos críticos, sem extremos locais. Em : mínimo absoluto , máximo absoluto . - Ex. 61.20Application
Determine o extremo de (curva de Gauss).
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. Zero em . → máximo local . Como quando , é também máximo absoluto. - Ex. 61.21Application
Encontre os extremos absolutos de em .
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. Em , apenas está no interior. Avaliação: , , . Máximo absoluto: . Mínimo absoluto: . - Ex. 61.22Application
Determine os extremos absolutos de em .
Show solution
. Zeros em : → ; → . Avaliação: , , , . Máximo absoluto: . Mínimo absoluto: . - Ex. 61.23Modeling
Uma empresa vende um produto com demanda unidades quando o preço é reais. Qual preço maximiza a receita total?
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Receita: . Com demanda : . . → máximo. Receita máxima: .Show step-by-step (with the why)
- Escreva a função de receita: .
- Expanda: .
- Derive e zere: .
- Confirme máximo: .
- Calcule a receita máxima: .
- Ex. 61.24Modeling
Uma fábrica tem custo (reais) e receita produzindo unidades. Quantas unidades maximizam o lucro?
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Lucro: . . → máximo. Lucro máximo: . Produção ótima: 30 unidades. - Ex. 61.25Modeling
Um foguete modelo é lançado verticalmente e sua altura (em metros) é . Determine a altura máxima atingida.
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Altitude: . s. Altura máxima: m. → confirmado máximo. - Ex. 61.26Application
Encontre o mínimo local de para .
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. Em : . → mínimo local. . - Ex. 61.27Application
Determine os extremos absolutos de em .
Show solution
para todo . Logo a função é estritamente crescente em cada intervalo de definição — sem extremos locais. Extremos em : (mínimo absoluto), (máximo absoluto). - Ex. 61.28ProofAnswer key
Demonstre o Teorema de Fermat: se tem máximo local em e é derivável em , então .
Show solution
Suponha que tem máximo local em , i.e., para perto de . Para pequeno: . Tomando limite: . Para pequeno: . Tomando limite: . Portanto . - Ex. 61.29ProofAnswer key
Mostre que tem ponto crítico em , mas esse ponto não é extremo local.
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Dado , temos e , logo é ponto crítico. Para qualquer : tome ; então . Mas tome ; então . Logo não é nem máximo nem mínimo local. é ponto de inflexão. - Ex. 61.30Challenge
Mostre que tem um único ponto crítico e que este é o mínimo global da função.
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. . → mínimo local e, como quando , mínimo global. Verifique: para real qualquer, ? Não é imediato; a confirmação vem do critério do único ponto crítico com e comportamento no infinito.
Fontes
- Boelkins, Matt. Active Calculus 2.0. Grand Valley State University, 2022. CC-BY-NC-SA. activecalculus.org/single/sec-3-1-tests.html
- OpenStax. Calculus Volume 1. Strang, Herman et al., 2023. CC-BY-NC-SA. openstax.org/books/calculus-volume-1/pages/4-3-maxima-and-minima
- Hartman, G. et al. APEX Calculus. Virginia Military Institute, 2023. CC-BY-NC. apexcalculus.com