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v1 · padrão canônico

Lição 67 — Análise marginal em economia

Custo marginal MC = C', receita marginal MR = R', lucro máximo onde MR = MC, elasticidade-preço da demanda e markup de monopólio.

Usado em: 2.º ano EM avançado · Cálculo I universitário · Introdução à Microeconomia · Engenharia Econômica

MC=C′(q),MR=R′(q),π′(q∗)=0  ⟺  MR(q∗)=MC(q∗)MC = C'(q),\quad MR = R'(q),\quad \pi'(q^*) = 0 \iff MR(q^*) = MC(q^*)

Em economia, a derivada é chamada marginal: MC=C′MC = C' é o custo de produzir uma unidade adicional. MR=R′MR = R' é a receita de vender uma unidade adicional. Lucro máximo ocorre onde receita marginal iguala custo marginal — produzir mais compensa enquanto MR>MCMR > MC; para quando MR=MCMR = MC.

Escolha sua porta

Notação rigorosa, derivação completa, hipóteses

Definições, maximização e elasticidade

Funções marginais

"The marginal cost function is C′(x)C'(x), the derivative of the cost function. The marginal revenue function is R′(x)R'(x)." — OpenStax Calculus Vol. 1 §4.7

Maximização do lucro

π′(q)=0  ⟺  MR(q)=MC(q)\pi'(q) = 0 \iff MR(q) = MC(q).

Condição de segunda ordem: π′′(q∗)<0  ⟺  MR′(q∗)<MC′(q∗)\pi''(q^*) < 0 \iff MR'(q^*) < MC'(q^*) — custo marginal cresce mais rápido que receita marginal.

Custo médio e custo marginal

Logo: Cˉ′(q)=0  ⟺  MC(q)=Cˉ(q)\bar{C}'(q) = 0 \iff MC(q) = \bar{C}(q). A curva de custo marginal cruza a curva de custo médio exatamente em seu mínimo.

Elasticidade-preço da demanda

Markup de monopólio

Para monopolista que escolhe qq (e indiretamente pp):

MR=p+q dpdq=p ⁣(1+1ε).MR = p + q\,\frac{dp}{dq} = p\!\left(1 + \frac{1}{\varepsilon}\right).

Lucro máximo (MR=MCMR = MC) dá a regra do markup: p∗=MC1+1/ε=MC⋅εε+1.p^* = \frac{MC}{1 + 1/\varepsilon} = \frac{MC \cdot \varepsilon}{\varepsilon + 1}.

Índice de Lerner: L=(p−MC)/p=−1/εL = (p - MC)/p = -1/\varepsilon mede poder de mercado.

Exemplos resolvidos

Lista de exercícios

40 exercícios · 10 com solução desenvolvida (25%)

Aplicação 20Compreensão 5Modelagem 10Desafio 5
  1. Ex. 67.1Aplicação

    A posição de uma partícula é s(t)=2t3−3t2−12t+8s(t) = 2t^3 - 3t^2 - 12t + 8 (em metros, t≥0t \geq 0). Calcule a velocidade s′(t)s'(t) e encontre em que instante a taxa de variação é zero.

    Selecione a alternativa correta
    Selecione uma opção primeiro
    Ver solução
    s′(t)=6t2−6t−12s'(t) = 6t^2 - 6t - 12. Em t=2t = 2: s′(2)=24−12−12=0s'(2) = 24 - 12 - 12 = 0. A taxa de variação instantânea é zero — análogo ao custo marginal ser zero em um extremo da função custo.
  2. Ex. 67.2Aplicação

    A posição de uma partícula é s(t)=2t3−15t2+36t−10s(t) = 2t^3 - 15t^2 + 36t - 10 (metros, t≥0t \geq 0). Calcule a velocidade s′(t)s'(t) e determine os instantes em que a taxa de variação instantânea é zero.

    Selecione a alternativa correta
    Selecione uma opção primeiro
    Ver solução
    s′(t)=6t2−30t+36s'(t) = 6t^2 - 30t + 36. Em t=2t=2: s′(2)=24−60+36=0s'(2) = 24 - 60 + 36 = 0. Em t=3t=3: s′(3)=54−90+36=0s'(3) = 54 - 90 + 36 = 0. Dois instantes de taxa zero — análogos a dois pontos críticos de uma função custo.
  3. Ex. 67.3Aplicação

    A posição de uma partícula é s(t)=t/(1+t2)s(t) = t/(1+t^2) (t≥0t \geq 0). Calcule a velocidade e determine o instante em que a partícula para. Faça a analogia com o ponto de receita máxima.

    Selecione a alternativa correta
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    Regra do quociente: 1−t2(1+t2)2\frac{1-t^2}{(1+t^2)^2}. Zero em t=1t=1. Para t<1t < 1: avança; para t>1t > 1: recua. Análogo ao ponto de receita máxima onde MRMR muda de sinal.
  4. Ex. 67.4Aplicação

    Um foguete tem posição s(t)=−16t2+560ts(t) = -16t^2 + 560t pés (t≥0t \geq 0). Calcule velocidade e aceleração em t=3t = 3 s e interprete a aceleração constante como analogia ao custo marginal de escala.

    Selecione a alternativa correta
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    s(t)=−16t2+560ts(t) = -16t^2 + 560t. s′(t)=−32t+560s'(t) = -32t + 560. Em t=3t=3: s′(3)=464s'(3) = 464 ft/s. Aceleração: s′′(t)=−32s''(t) = -32 ft/s² (constante). Analogia: aceleração constante negativa equivale a custo marginal decrescente a taxa constante — economias de escala lineares.
    Ver passo a passo (com o porquê)
    1. Derivar: s′(t)=−32t+560s'(t) = -32t + 560.
    2. Em t=3t=3: s′(3)=−96+560=464s'(3) = -96 + 560 = 464 ft/s.
    3. Segunda derivada: s′′(t)=−32s''(t) = -32 ft/s².
    4. Interpretação: s′′s'' constante e negativa equivale a custo marginal decrescente — economias de escala.
  5. Ex. 67.5Aplicação

    Uma bola é lançada para baixo com velocidade inicial de 8 ft/s do topo de um prédio de 64 ft: s(t)=−16t2−8t+64s(t) = -16t^2 - 8t + 64. Em que instante atinge o solo? Qual a velocidade no impacto?

    Selecione a alternativa correta
    Selecione uma opção primeiro
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    s(t)=−16t2−8t+64=0s(t) = -16t^2 - 8t + 64 = 0. Fórmula quadrática: t=(−1+65)/4≈1,77t = (-1 + \sqrt{65})/4 \approx 1{,}77 s. Velocidade: s′(t)=−32t−8s'(t) = -32t - 8; em t≈1,77t \approx 1{,}77: s′≈−64,6s' \approx -64{,}6 ft/s.
  6. Ex. 67.6Modelagem

    Um caminhão consome g(v)=av+b/vg(v) = av + b/v galões por milha (a,b>0a, b > 0). Encontre v∗v^* que minimiza o consumo e mostre que no ótimo custo aerodinâmico = custo temporal (analogia EOQ).

    Selecione a alternativa correta
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    g(v)=av+b/vg(v) = av + b/v. g′(v)=a−b/v2=0⇒v∗=b/ag'(v) = a - b/v^2 = 0 \Rightarrow v^* = \sqrt{b/a}. g′′(v)=2b/v3>0g''(v) = 2b/v^3 > 0 — mínimo. No ótimo: custo aerodinâmico av∗=abav^* = \sqrt{ab} iguala custo temporal b/v∗=abb/v^* = \sqrt{ab}. Analogia EOQ. (Resp: v∗=b/av^* = \sqrt{b/a})
    Ver passo a passo (com o porquê)
    1. Derivar: g′(v)=a−b/v2g'(v) = a - b/v^2.
    2. Igualar a zero: v∗=b/av^* = \sqrt{b/a}.
    3. g′′(v∗)=2b/(v∗)3>0g''(v^*) = 2b/(v^*)^3 > 0 — mínimo.
    4. No ótimo: custo aerodinâmico = custo temporal.
    5. Analogia EOQ: custo armazenagem = custo pedido em q∗=2SD/hq^* = \sqrt{2SD/h}.
  7. Ex. 67.7ModelagemGabarito

    Uma limusine tem consumo m(v)=(120−2v)/5m(v) = (120-2v)/5 mi/gal na velocidade vv mph, motorista custa US$ 15/h e gasolina US$ 3,50/gal. Escreva o custo total por milha C(v)C(v).

    Selecione a alternativa correta
    Selecione uma opção primeiro
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    Consumo: m(v)=(120−2v)/5m(v) = (120-2v)/5 mi/gal. Custo combustível por milha: 3,5/m(v)=17,5/(120−2v)3{,}5/m(v) = 17{,}5/(120-2v). Custo motorista por milha: 15/v15/v. Total: C(v)=17,5/(120−2v)+15/vC(v) = 17{,}5/(120-2v) + 15/v.
  8. Ex. 67.8ModelagemGabarito

    Usando C(v)=17,5/(120−2v)+15/vC(v) = 17{,}5/(120-2v) + 15/v (limusine do exercício anterior), encontre v∗v^* que minimiza o custo por milha.

    Selecione a alternativa correta
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    C(v)=17,5/(120−2v)+15/vC(v) = 17{,}5/(120-2v) + 15/v. C′(v)=35/(120−2v)2−15/v2=0C'(v) = 35/(120-2v)^2 - 15/v^2 = 0. Portanto 35v2=15(120−2v)235v^2 = 15(120-2v)^2. Resolvendo: v∗≈34,6v^* \approx 34{,}6 mph. (Resp: v∗≈34,6v^* \approx 34{,}6 mph)
  9. Ex. 67.9Aplicação

    Uma pizzaria tem receita R(x)=axR(x) = ax e custo C(x)=b+cx+dx2C(x) = b + cx + dx^2, a>ca > c. (a) Escreva o lucro π(x)\pi(x). (b) Calcule o custo marginal.

    Selecione a alternativa correta
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    Receita: R(x)=axR(x) = ax. Custo: C(x)=b+cx+dx2C(x) = b + cx + dx^2. Lucro: π(x)=(a−c)x−b−dx2\pi(x) = (a-c)x - b - dx^2. Custo marginal: MC=c+2dxMC = c + 2dx. Para a>ca > c, há lucro positivo para quantidades moderadas.
  10. Ex. 67.10Aplicação

    Pizzaria com R(x)=10xR(x) = 10x e C(x)=2x+x2C(x) = 2x + x^2. Quantas pizzas maximizam o lucro? Confirme com MR=MCMR = MC.

    Selecione a alternativa correta
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    R(x)=10xR(x) = 10x, C(x)=2x+x2C(x) = 2x + x^2. Lucro: π(x)=8x−x2\pi(x) = 8x - x^2. π′(x)=8−2x=0⇒x∗=4\pi'(x) = 8 - 2x = 0 \Rightarrow x^* = 4. π(4)=16\pi(4) = 16. Verificação MR=MCMR = MC: 10=2+8=1010 = 2 + 8 = 10. ✓
    Ver passo a passo (com o porquê)
    1. Lucro: π(x)=10x−(2x+x2)=8x−x2\pi(x) = 10x - (2x + x^2) = 8x - x^2.
    2. Derivada: π′(x)=8−2x=0⇒x∗=4\pi'(x) = 8 - 2x = 0 \Rightarrow x^* = 4.
    3. π′′(x)=−2<0\pi''(x) = -2 < 0 — máximo.
    4. Verificação MR=MCMR = MC: R′(4)=10R'(4) = 10 e C′(4)=2+8=10C'(4) = 2+8 = 10. ✓
  11. Ex. 67.11Aplicação

    Pizzaria com R(x)=15xR(x) = 15x e C(x)=60+3x+x2/2C(x) = 60 + 3x + x^2/2. Encontre x∗x^* e o lucro máximo.

    Selecione a alternativa correta
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    R(x)=15xR(x) = 15x, C(x)=60+3x+x2/2C(x) = 60 + 3x + x^2/2. Lucro: π(x)=12x−60−x2/2\pi(x) = 12x - 60 - x^2/2. π′(x)=12−x=0⇒x∗=12\pi'(x) = 12 - x = 0 \Rightarrow x^* = 12. π(12)=144−60−72=12\pi(12) = 144 - 60 - 72 = 12. Verificação: MR=15MR = 15, MC(12)=3+12=15MC(12) = 3+12 = 15. ✓ (Resp: x∗=12x^*=12, π∗=12\pi^*=12)
  12. Ex. 67.12Modelagem

    Um agricultor tem 20 pés de melancia que produzem 30 melancias cada. Para cada muda extra plantada, a produção por planta cai em uma melancia. Quantas mudas extras maximizam a produção total?

    Selecione a alternativa correta
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    Produção: P(x)=(20+x)(30−x)=600+10x−x2P(x) = (20+x)(30-x) = 600 + 10x - x^2. P′(x)=10−2x=0⇒x∗=5P'(x) = 10 - 2x = 0 \Rightarrow x^* = 5. P(5)=625P(5) = 625. (Resp: plantar 5 extras, total 625 melancias)
    Ver passo a passo (com o porquê)
    1. Variável: xx = mudas extras.
    2. Produção total: P(x)=(20+x)(30−x)P(x) = (20+x)(30-x).
    3. Expandir: P(x)=600+10x−x2P(x) = 600 + 10x - x^2.
    4. P′(x)=10−2x=0⇒x∗=5P'(x) = 10 - 2x = 0 \Rightarrow x^* = 5.
    5. P(5)=600+50−25=625P(5) = 600 + 50 - 25 = 625 melancias.
  13. Ex. 67.13Modelagem

    Complexo de 50 apartamentos: a US$ 800/mês todos são ocupados; a cada aumento de US$ 25/mês, uma unidade fica vaga. Manutenção: US$ 50/mês por unidade. Qual aluguel maximiza o lucro mensal?

    Selecione a alternativa correta
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    Unidades ocupadas: n(r)=50−(r−800)/25n(r) = 50 - (r-800)/25. Lucro por unidade: r−50r - 50. Lucro total: π(r)=[50−(r−800)/25](r−50)\pi(r) = [50-(r-800)/25](r-50). Derivando e igualando a zero: r∗=975r^* = 975. n(975)=43n(975) = 43 unidades. (Resp: US\$ 975, 43 unidades)
  14. Ex. 67.14AplicaçãoGabarito

    Encontre o inteiro positivo que minimiza a soma do número e seu recíproco. Relacione ao custo médio Cˉ(q)=F/q+c\bar{C}(q) = F/q + c.

    Selecione a alternativa correta
    Selecione uma opção primeiro
    Ver solução
    f(x)=x+1/xf(x) = x + 1/x. f′(x)=1−1/x2=0⇒x∗=1f'(x) = 1 - 1/x^2 = 0 \Rightarrow x^*=1. f(1)=2f(1) = 2. Inteiros: f(1)=2<f(2)=2,5<⋯f(1)=2 < f(2)=2{,}5 < \cdots. Confirmação AM-GM: x+1/x≥2x + 1/x \geq 2. Analogia: minimizar custo médio Cˉ(q)=F/q+c\bar{C}(q) = F/q + c.
  15. Ex. 67.15Aplicação

    Dois números não-negativos com x+y=10x+y=10. Maximize e minimize x2+y2x^2+y^2. Interprete economicamente.

    Selecione a alternativa correta
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    Com y=10−xy=10-x: f(x)=2x2−20x+100f(x) = 2x^2-20x+100. f′(x)=4x−20=0⇒x=5f'(x) = 4x-20=0 \Rightarrow x=5 — mínimo (f(5)=50f(5)=50). Máximo nos extremos: f(0)=f(10)=100f(0)=f(10)=100. Analogia: variância mínima de dois lotes com soma fixa é quando iguais.
  16. Ex. 67.16ModelagemGabarito

    Com x+y=10x+y=10, x,y≥0x, y \geq 0, maximize x2y2x^2y^2.

    Selecione a alternativa correta
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    Com y=10−xy=10-x: f(x)=x2(10−x)2f(x) = x^2(10-x)^2. f′(x)=2x(10−x)(10−2x)f'(x) = 2x(10-x)(10-2x). Zero em x=5x=5. f(5)=625f(5)=625. AM-GM: xy≤25⇒(xy)2≤625xy \leq 25 \Rightarrow (xy)^2 \leq 625.
  17. Ex. 67.17Aplicação

    Você tem 400 ft de cerca para construir um curral retangular. Quais dimensões maximizam a área?

    Selecione a alternativa correta
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    2x+2y=400⇒y=200−x2x+2y=400 \Rightarrow y=200-x. A(x)=x(200−x)A(x)=x(200-x). A′=200−2x=0⇒x=100A'=200-2x=0 \Rightarrow x=100. A(100)=10000A(100)=10000 ft². Quadrado maximiza área com perímetro fixo — analogia: maximizar produção sujeita a orçamento fixo.
  18. Ex. 67.18Aplicação

    Você tem 800 ft de cerca para um chiqueiro retangular com um rio em um lado (sem cerca nesse lado). Quais dimensões maximizam a área?

    Selecione a alternativa correta
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    2x+y=800⇒y=800−2x2x+y=800 \Rightarrow y=800-2x. A(x)=x(800−2x)A(x)=x(800-2x). A′=800−4x=0⇒x=200A'=800-4x=0 \Rightarrow x=200, y=400y=400. A=80000A=80000 ft². (Resp: 200×400200 \times 400 ft)
  19. Ex. 67.19AplicaçãoGabarito

    Você precisa cercar uma área de 1600 ft². Quais dimensões do retângulo minimizam o perímetro?

    Selecione a alternativa correta
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    xy=1600⇒y=1600/xxy=1600 \Rightarrow y=1600/x. P(x)=2x+3200/xP(x)=2x+3200/x. P′=2−3200/x2=0⇒x=40P'=2-3200/x^2=0 \Rightarrow x=40. P(40)=160P(40)=160 ft. Quadrado minimiza perímetro para área fixa. (Resp: 40×4040 \times 40 ft)
  20. Ex. 67.20Compreensão

    Verdadeiro ou falso: toda função contínua não-constante em domínio fechado e limitado possui máximo e mínimo. Cite o teorema e sua importância em economia.

    Selecione a alternativa correta
    Selecione uma opção primeiro
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    Verdadeiro: Teorema de Weierstrass. Condições: função contínua + domínio fechado e limitado. Garante existência de máximo e mínimo. Aplicação econômica: garante que existe quantidade ótima de produção em horizonte finito.
  21. Ex. 67.21Compreensão

    Por que, ao maximizar lucro π(q)\pi(q), não basta igualar π′(q)=0\pi'(q) = 0 — é preciso verificar o sinal de π′\pi' ao redor do ponto crítico?

    Selecione a alternativa correta
    Selecione uma opção primeiro
    Ver solução
    Ao encontrar q0q_0 com π′(q0)=0\pi'(q_0)=0: verificar se π′\pi' muda de positivo para negativo (máximo local) ou negativo para positivo (mínimo local). Alternativa: π′′(q0)<0\pi''(q_0) < 0 implica máximo local. Em lucro: confirma que o ponto crítico é máximo, não mínimo.
  22. Ex. 67.22Compreensão

    Por que, ao maximizar lucro com capacidade máxima q∈[0,qmax⁡]q \in [0, q_{\max}], é preciso verificar os extremos do intervalo, não apenas os pontos críticos interiores?

    Selecione a alternativa correta
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    Ver solução
    Para q∈[0,qmax⁡]q \in [0, q_{\max}], o máximo pode estar em: (1) ponto crítico interior, (2) q=0q=0, ou (3) q=qmax⁡q=q_{\max}. Avalie π\pi em todos e escolha o maior. Exemplo: se o ponto crítico dá π<0\pi < 0 e π(0)=0\pi(0)=0, a empresa não deve produzir.
  23. Ex. 67.23Compreensão

    Verdadeiro ou falso: para toda função contínua não-linear, existe um ponto que a maximiza. Prove ou dê contraexemplo e explique a implicação econômica.

    Selecione a alternativa correta
    Selecione uma opção primeiro
    Ver solução
    Falso. Contraexemplo: f(x)=x2f(x)=x^2 em (−∞,+∞)(-\infty,+\infty) é contínua e não-linear, mas não tem máximo. Weierstrass requer domínio fechado e limitado. Em economia: modelo sem restrições de capacidade pode não ter solução ótima bem definida.
  24. Ex. 67.24Modelagem

    Com x+y=10x+y=10 e x>0x > 0, maximize y−1/xy - 1/x.

    Selecione a alternativa correta
    Selecione uma opção primeiro
    Ver solução
    Com y=10−xy=10-x: f(x)=10−x−1/xf(x) = 10-x-1/x. f′(x)=−1+1/x2=0⇒x=1f'(x) = -1+1/x^2=0 \Rightarrow x=1. f′′(1)=−2<0f''(1)=-2<0 — máximo. f(1)=8f(1)=8. (Resp: máximo em x=1,y=9x=1, y=9, valor 88)
  25. Ex. 67.25ModelagemGabarito

    Com x+y=10x+y=10 e x,y≥0x, y \geq 0, maximize e minimize x2−yx^2 - y.

    Selecione a alternativa correta
    Selecione uma opção primeiro
    Ver solução
    Com y=10−xy=10-x: f(x)=x2+x−10f(x)=x^2+x-10. f′(x)=2x+1>0f'(x)=2x+1 > 0 — crescente. Máximo em x=10x=10: f(10)=100f(10)=100. Mínimo em x=0x=0: f(0)=−10f(0)=-10. (Resp: máximo em (10,0)(10,0))
  26. Ex. 67.26Modelagem

    Para s(t)=tln⁡ts(t) = t \ln t (t>0t > 0), calcule s′(t)s'(t) e o instante em que muda de sinal. Interprete como custo marginal de C(q)=qln⁡qC(q) = q\ln q.

    Selecione a alternativa correta
    Selecione uma opção primeiro
    Ver solução
    Regra do produto: s′(t)=ln⁡t+t⋅(1/t)=ln⁡t+1s'(t) = \ln t + t \cdot (1/t) = \ln t + 1. Zero: ln⁡t=−1⇒t=e−1≈0,37\ln t = -1 \Rightarrow t = e^{-1} \approx 0{,}37. Para t>1/et > 1/e: positivo. Analogia: C(q)=qln⁡qC(q)=q\ln q tem MC=ln⁡q+1MC = \ln q + 1 zero em q=1/eq=1/e.
  27. Ex. 67.27ModelagemGabarito

    Para s(t)=e−ts(t) = e^{-t}, calcule s′(t)s'(t) e descreva o comportamento quando t→∞t \to \infty. Relacione ao custo marginal de depreciação exponencial.

    Selecione a alternativa correta
    Selecione uma opção primeiro
    Ver solução
    s(t)=e−ts(t) = e^{-t}. s′(t)=−e−ts'(t) = -e^{-t}. Sempre negativo; ∣s′(t)∣→0|s'(t)| \to 0 quando t→∞t \to \infty. Analogia: taxa marginal de depreciação exponencial de um ativo — o ativo perde cada vez menos valor por unidade de tempo.
  28. Ex. 67.28Aplicação

    Para s(t)=ts(t) = \sqrt{t}, calcule s′(t)s'(t) e a segunda derivada. Interprete como lei dos rendimentos marginais decrescentes em Q(L)=LQ(L) = \sqrt{L}.

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    s(t)=ts(t) = \sqrt{t}. s′(t)=1/(2t)s'(t) = 1/(2\sqrt{t}). Positiva e decrescente. s′′(t)=−1/(4t3/2)<0s''(t) = -1/(4t^{3/2}) < 0. Analogia direta: Q(L)=LQ(L) = \sqrt{L} tem produto marginal do trabalho Q′(L)=1/(2L)Q'(L) = 1/(2\sqrt{L}) — rendimentos marginais decrescentes.
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    1. Derivar: s′(t)=(1/2)t−1/2=1/(2t)s'(t) = (1/2)t^{-1/2} = 1/(2\sqrt{t}).
    2. Positiva para t>0t > 0.
    3. s′′(t)=−1/(4t3/2)<0s''(t) = -1/(4t^{3/2}) < 0 — côncava.
    4. Lei dos rendimentos decrescentes: cada unidade extra de insumo contribui menos.
  29. Ex. 67.29AplicaçãoGabarito

    Para s(t)=e2ts(t) = e^{2t}, calcule velocidade e aceleração. Interprete a taxa sempre crescente como receita marginal crescente em produto de rede (lei de Metcalfe).

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    s(t)=e2ts(t) = e^{2t}. v(t)=2e2tv(t) = 2e^{2t}. Aceleração: 4e2t4e^{2t}. Ambas crescentes. Analogia: receita de produto de rede R(q)=e2qR(q) = e^{2q} tem MR=2e2qMR = 2e^{2q} sempre crescente — lei de Metcalfe (efeito de rede).
  30. Ex. 67.30Aplicação

    Para s(t)=sin⁡ts(t) = \sin t, calcule a velocidade e os instantes de taxa zero. Interprete a oscilação periódica como padrão sazonal de receita marginal.

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    s(t)=sin⁡ts(t) = \sin t. v(t)=cos⁡tv(t) = \cos t. Zeros em t=π/2+kπt = \pi/2 + k\pi. Aceleração: a(t)=−sin⁡ta(t) = -\sin t. Analogia: receita marginal sazonal com ciclos periódicos — demanda de verão/inverno.
  31. Ex. 67.31Compreensão

    Para s(t)=tan⁡2ts(t) = \tan^2 t, calcule s′(t)s'(t) e o comportamento quando t→π/2−t \to \pi/2^-. Relacione ao custo marginal com gargalo de capacidade.

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    s(t)=tan⁡2ts(t) = \tan^2 t. Regra da cadeia: s′(t)=2tan⁡t⋅sec⁡2ts'(t) = 2\tan t \cdot \sec^2 t. Quando t→π/2−t \to \pi/2^-: s′(t)→+∞s'(t) \to +\infty. Analogia: custo marginal que explode ao se aproximar da capacidade máxima de produção — gargalo ou congestionamento.
  32. Ex. 67.32Aplicação

    Para s(t)=2t3−15t2+36t−10s(t) = 2t^3 - 15t^2 + 36t - 10, determine os instantes em que a partícula para e os intervalos de recuo. Faça a analogia com pontos críticos de uma função lucro.

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    s(t)=2t3−15t2+36t−10s(t) = 2t^3 - 15t^2 + 36t - 10. s′(t)=6t2−30t+36=6(t−2)(t−3)s'(t) = 6t^2-30t+36 = 6(t-2)(t-3). Zeros em t=2t=2 e t=3t=3. Entre 22 e 33: s′<0s' < 0 (recua). Dois pontos críticos — análogo a dois pontos críticos de uma função lucro.
  33. Ex. 67.33AplicaçãoGabarito

    Para s(t)=t3−ts(t) = t^3 - t (t≥0t \geq 0), calcule s′(t)s'(t) e determine o instante em que ela muda de negativa para positiva. Interprete como custo marginal com mínimo local.

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    s(t)=t3−ts(t) = t^3-t. s′(t)=3t2−1s'(t) = 3t^2-1. Zero em t=1/3t=1/\sqrt{3}. Para t<1/3t < 1/\sqrt{3}: s′<0s' < 0; para t>1/3t > 1/\sqrt{3}: s′>0s' > 0 — mínimo. Analogia: custo marginal com mínimo antes da escala ótima.
  34. Ex. 67.34Aplicação

    Para s(t)=2t3−10t2+6ts(t) = 2t^3 - 10t^2 + 6t, calcule s′(t)s'(t), seus zeros e os intervalos de avanço/recuo. Interprete como custo marginal com dois pontos críticos.

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    s(t)=2t3−10t2+6ts(t) = 2t^3-10t^2+6t. s′(t)=6t2−20t+6=2(3t2−10t+3)=2(3t−1)(t−3)s'(t) = 6t^2-20t+6 = 2(3t^2-10t+3) = 2(3t-1)(t-3). Zeros em t=1/3t=1/3 e t=3t=3. Entre eles: s′<0s' < 0. Análogo a dois pontos críticos de lucro (máximo local, depois mínimo).
  35. Ex. 67.35Aplicação

    Para s(t)=sin⁡t+cos⁡ts(t) = \sin t + \cos t, calcule s′(t)s'(t) e os instantes de taxa zero. Interprete como ciclo de lucro sazonal.

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    s(t)=sin⁡t+cos⁡ts(t) = \sin t + \cos t. s′(t)=cos⁡t−sin⁡ts'(t) = \cos t - \sin t. Zero: cos⁡t=sin⁡t⇒t=π/4+kπ\cos t = \sin t \Rightarrow t = \pi/4 + k\pi. Em t=π/4t=\pi/4: máximo (s′′<0s'' < 0). Analogia: lucro sazonal com máximo periódico (campanha de Natal, Black Friday).
  36. Ex. 67.36DesafioGabarito

    O pulso de um paciente mede 70, 80 e 120 bpm. Encontre x∗x^* que minimiza (x−70)2+(x−80)2+(x−120)2(x-70)^2+(x-80)^2+(x-120)^2. Explique a conexão com mínimos quadrados ordinários (OLS) em econometria.

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    Minimizar f(x)=(x−70)2+(x−80)2+(x−120)2f(x) = (x-70)^2 + (x-80)^2 + (x-120)^2. f′(x)=6x−540=0⇒x∗=90f'(x) = 6x-540=0 \Rightarrow x^*=90. f′′=6>0f''=6>0 — mínimo. Média: (70+80+120)/3=90(70+80+120)/3=90. Aplicação OLS: o estimador que minimiza ∑(yi−y^)2\sum(y_i-\hat{y})^2 é a média condicional. (Resp: x∗=90x^*=90)
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    1. Derivar: f′(x)=2(x−70)+2(x−80)+2(x−120)=6x−540f'(x) = 2(x-70)+2(x-80)+2(x-120) = 6x-540.
    2. Igualar a zero: x∗=90x^*=90.
    3. f′′=6>0f''=6>0 — mínimo global.
    4. Conclusão: x∗=(70+80+120)/3=90x^*=(70+80+120)/3=90 — a média minimiza a soma dos quadrados.
    5. OLS: minimizar ∑(yi−y^)2\sum(y_i-\hat{y})^2 dá o estimador de média condicional.
  37. Ex. 67.37Desafio

    Mesmo cenário de pulso (70, 80, 120 bpm), mas a terceira leitura tem peso 1/21/2: minimize (x−70)2+(x−80)2+12(x−120)2(x-70)^2+(x-80)^2+\tfrac{1}{2}(x-120)^2. Compare com o caso sem peso e interprete como mínimos quadrados ponderados (WLS).

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    Minimizar g(x)=(x−70)2+(x−80)2+12(x−120)2g(x) = (x-70)^2+(x-80)^2+\tfrac{1}{2}(x-120)^2. g′(x)=2(x−70)+2(x−80)+(x−120)=5x−410=0⇒x∗=82g'(x) = 2(x-70)+2(x-80)+(x-120) = 5x-410=0 \Rightarrow x^*=82. Peso menor na terceira leitura desloca ótimo de 90 para 82. Aplicação: mínimos quadrados ponderados (WLS) — observações heterocedásticas recebem peso proporcional ao inverso da variância. (Resp: x∗=82x^*=82)
  38. Ex. 67.38Desafio

    Caminhão com g(v)=av+b/vg(v)=av+b/v (a,b>0a,b>0). (a) Encontre v∗v^*. (b) Calcule o custo mínimo g(v∗)g(v^*). (c) Mostre que custo aerodinâmico = custo temporal no ótimo (analogia com EOQ).

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    g(v)=av+b/vg(v)=av+b/v. g′(v)=a−b/v2=0⇒v∗=b/ag'(v)=a-b/v^2=0 \Rightarrow v^*=\sqrt{b/a}. g(v∗)=2abg(v^*)=2\sqrt{ab}. No ótimo: custo aerodinâmico = custo temporal. Analogia EOQ: custo armazenagem = custo pedido. (Resp: v∗=b/av^*=\sqrt{b/a}, mínimo 2ab2\sqrt{ab})
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    1. Derivar e igualar a zero: v∗=b/av^* = \sqrt{b/a}.
    2. Custo mínimo: g(v∗)=ab/a+b/b/a=ab+ab=2abg(v^*) = a\sqrt{b/a}+b/\sqrt{b/a} = \sqrt{ab}+\sqrt{ab} = 2\sqrt{ab}.
    3. No ótimo: custo aerodinâmico = custo temporal.
    4. Analogia EOQ: custo armazenagem = custo de pedido em q∗=2SD/hq^*=\sqrt{2SD/h}.
    5. Ambos minimizam a soma de dois termos antagônicos.
  39. Ex. 67.39Desafio

    Com x+y=10x+y=10, x,y≥0x,y \geq 0, maximize x2y2x^2y^2. Confirme com AM-GM e interprete como maximizar receita R=pqR=pq com p+qp+q constante.

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    f(x)=x2(10−x)2f(x)=x^2(10-x)^2. f′(x)=2x(10−x)(10−2x)f'(x)=2x(10-x)(10-2x). Zero em x=5x=5. f(5)=625f(5)=625. AM-GM: xy≤(x+y)2/4=25⇒(xy)2≤625xy \leq (x+y)^2/4=25 \Rightarrow (xy)^2 \leq 625. Aplicação: maximizar receita R=pqR=pq com p+q=10p+q=10 constante — igualdade maximiza. (Resp: x=y=5x=y=5, máximo 625625)
  40. Ex. 67.40Desafio

    Para s(t)=2t3−3t2−12t+8s(t) = 2t^3 - 3t^2 - 12t + 8 (t≥0t \geq 0), encontre os instantes em que a partícula para, determine os intervalos de avanço/recuo e interprete como análogo de uma função custo com máximo e mínimo locais.

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    s(t)=2t3−3t2−12t+8s(t) = 2t^3-3t^2-12t+8. s′(t)=6t2−6t−12=6(t−2)(t+1)s'(t) = 6t^2-6t-12 = 6(t-2)(t+1). Para t≥0t \geq 0: zero em t=2t=2. Em t=2t=2: s′′=12(2)−6=18>0s'' = 12(2)-6=18>0 — mínimo local (análogo a mínimo de custo). A partícula recua em (0,2)(0,2) e avança para t>2t>2. (Resp: para em t=2t=2)

Fontes

Atualizado em 2026-05-05 · Autor(es): Clube da Matemática

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