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11.º ano A · Matemática
Funções · Tipos de funções usuais

Função polinomial

Antes de começar, convém dominares: Polinómios do segundo grau: parábolas (10.º ano do ensino secundário)

Um drone de observação levanta voo e o centro de controlo regista a sua altura em cada instante: $h(t) = -5t^2+20t+2$. Esta expressão é um polinómio em $t$ e o gráfico do voo é o gráfico de uma função polinomial. Qual é a altura máxima que o drone atinge, e em que instante? Vais ficar a saber responder, e ainda a estudar zeros, sinal e o que acontece quando $x$ cresce sem limite.

O que é uma função polinomial

Segundo o grau, há nomes próprios: grau 1 é a função afim (reta), grau 2 é a função quadrática (parábola) e graus 3 e 4 são as funções cúbicas e quárticas. O contradomínio depende da família: nem sempre é $\mathbb{R}$.

Pratica★☆☆Por começar
Calcule o valor do parâmetro $c$ para que a função quadrática $f(x) = 4x^2 - 3x + c$ passe pelo ponto $(-1, 10)$.

Calcule o valor do parâmetro $c$ para que a função quadrática $f(x) = 4x^2 - 3x + c$ passe pelo ponto $(-1, 10)$.

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Pratica★★☆Por começar
Determine os coeficientes $a$, $b$ e $c$ da função polinomial de segundo grau $f(x) = ax^2 + bx + c$ sabendo que o seu gráfico passa pelos pontos $(0, 3)$, $(1, 4)$ e…

Determine os coeficientes $a$, $b$ e $c$ da função polinomial de segundo grau $f(x) = ax^2 + bx + c$ sabendo que o seu gráfico passa pelos pontos $(0, 3)$, $(1, 4)$ e $(-1, 6)$.

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Função afim: grau 1

Pratica★☆☆Por começar
Encontra a expressão analítica da função afim que passa pelos pontos $A(2, -3)$ e $B(5, 6)$.

Encontra a expressão analítica da função afim que passa pelos pontos $A(2, -3)$ e $B(5, 6)$.

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Função quadrática: vértice e concavidade

Pratica★☆☆Por começar
Determine as coordenadas do vértice e a equação do eixo de simetria da função quadrática $f(x) = 2x^2 - 8x + 5$.

Determine as coordenadas do vértice e a equação do eixo de simetria da função quadrática $f(x) = 2x^2 - 8x + 5$.

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Pratica★☆☆Por começar
Indique se a parábola dada pela função $g(x) = -3x^2 + 6x - 1$ tem a concavidade voltada para baixo (ramos para baixo) ou para cima (ramos para cima) e calcule as…

Indique se a parábola dada pela função $g(x) = -3x^2 + 6x - 1$ tem a concavidade voltada para baixo (ramos para baixo) ou para cima (ramos para cima) e calcule as coordenadas exatas do seu vértice.

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Pratica★☆☆Por começar
O Marcos quer determinar a imagem (ou contradomínio) da função polinomial quadrática $f(x) = -2x^2 + 4x + 1$. Para isso, calcula a abcissa do vértice aplicando a fórmula…

O Marcos quer determinar a imagem (ou contradomínio) da função polinomial quadrática $f(x) = -2x^2 + 4x + 1$. Para isso, calcula a abcissa do vértice aplicando a fórmula $x_v = -\dfrac{b}{2a} = -\dfrac{4}{2 \cdot (-2)} = 1$, determina a sua ordenada calculando $f(1) = -2(1)^2 + 4(1) + 1 = 3$, e conclui no seu exame: «Como o vértice está em $(1, 3)$, a função começa em $y = 3$ e sobe indefinidamente, pelo que a sua imagem é $[3, +\infty)$».\n\na) Indica o erro conceptual que o Marcos comete e explica que propriedade da parábola ele ignorou.\nb) Corrige o seu raciocínio justificando a curvatura (concavidade) a partir do sinal do coeficiente principal.\nc) Escreve a imagem correta da função.

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Pratica★★☆Por começar
Encontra a equação da parábola cujo vértice é o ponto $V(3, -2)$ e que passa pelo ponto $P(5, 6)$. Exprime o resultado na forma $y = ax^2 + bx + c$.

Encontra a equação da parábola cujo vértice é o ponto $V(3, -2)$ e que passa pelo ponto $P(5, 6)$. Exprime o resultado na forma $y = ax^2 + bx + c$.

X Y V(3, −2) P(5, 6) 3 5 −2 6
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Comportamento no infinito e funções cúbicas e quárticas

O grau e o sinal do coeficiente do termo de maior grau determinam o que acontece a $f(x)$ quando $x\to+\infty$ e quando $x\to-\infty$.

Monotonia e extremos de cúbicas e quárticas

O comportamento no infinito não chega para esboçar o gráfico: é preciso saber onde a função sobe e desce. Com tecnologia gráfica (calculadora ou computador) representa-se a função e determinam-se valores aproximados dos zeros e dos extremos. Depois organiza-se a informação numa tabela de variação de monotonia.

Pratica★☆☆Por começar
Analise o comportamento no infinito (ramos infinitos) da função polinomial $f(x) = -2x^4 + 5x^3 - x + 7$, determinando o valor dos seus limites quando $x \to +\infty$ e…

Analise o comportamento no infinito (ramos infinitos) da função polinomial $f(x) = -2x^4 + 5x^3 - x + 7$, determinando o valor dos seus limites quando $x \to +\infty$ e quando $x \to -\infty$.

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Pratica★★★Por começar
Numa aula de revisão sobre funções polinomiais cúbicas do tipo $f(x) = ax^3 + bx^2 + cx + d$ com $a \neq 0$, o Daniel formula duas afirmações categóricas:\n\n- Afirmação…

Numa aula de revisão sobre funções polinomiais cúbicas do tipo $f(x) = ax^3 + bx^2 + cx + d$ com $a \neq 0$, o Daniel formula duas afirmações categóricas:\n\n- Afirmação 1: «Como qualquer polinómio cúbico com $a > 0$ tende para $-\infty$ pela esquerda e para $+\infty$ pela direita, o seu gráfico tem de intersetar sempre três vezes o eixo das abcissas».\n- Afirmação 2: «Se anularmos o termo independente ($d = 0$), a função resultante $f(x) = ax^3 + bx^2 + cx$ passa pela origem e, portanto, é sempre uma função ímpar com simetria em relação à origem».\n\na) Refuta a Afirmação 1 propondo um contraexemplo explícito de polinómio cúbico com $a > 0$ que intersete o eixo dos $X$ num único ponto, e justifica através do seu comportamento estritamente crescente por que razão não pode ter mais raízes reais.\nb) Demonstra analiticamente que a Afirmação 2 é falsa verificando se se cumpre ou não a identidade $f(-x) = -f(x)$ para $f(x) = ax^3 + bx^2 + cx$. Que condição necessária e suficiente deve cumprir o coeficiente $b$ para que a função seja realmente ímpar?\nc) Constrói a expressão algébrica de um polinómio cúbico com coeficiente principal $a = 1$ que seja simétrico em relação ao ponto $(2, 5)$ e cuja única raiz real seja $x = 0$. Justifica passo a passo como transladas as condições geométricas para os coeficientes do polinómio.

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Pratica★★★Por começar
Uma função polinomial de terceiro grau $f(x) = ax^3 + bx^2 + cx + d$ é ímpar. Sabendo que passa pelos pontos $(1, -4)$ e $(2, 4)$, determine a sua expressão analítica e…

Uma função polinomial de terceiro grau $f(x) = ax^3 + bx^2 + cx + d$ é ímpar. Sabendo que passa pelos pontos $(1, -4)$ e $(2, 4)$, determine a sua expressão analítica e calcule todos os seus pontos de interseção com os eixos coordenados.

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Zeros, fatorização e sinal

Divisão por $x-a$, regra de Ruffini e teorema do resto

Dividir dois polinómios é como dividir inteiros: dados $A(x)$ e $B(x)$, existem um quociente $Q(x)$ e um resto $R(x)$, com grau de $R$ menor do que o de $B$, tais que $A(x)=B(x)\,Q(x)+R(x)$. Esta é a divisão inteira (ou euclidiana) de polinómios.

Para encontrar zeros de graus 3 ou 4, tenta-se um valor $a$ e divide-se o polinómio por $x-a$. Neste caso o divisor tem grau 1, logo o resto é uma constante. A regra de Ruffini (algoritmo de Horner) determina o quociente e o resto dessa divisão só com os coeficientes: a última linha dá os coeficientes do quociente e, no fim, o resto.

Multiplicidade e sinal

Se o fator $(x-a)$ aparece $m$ vezes na decomposição, $a$ é um zero de multiplicidade $m$. No gráfico, uma multiplicidade par faz o gráfico tocar o eixo e voltar para o mesmo lado; uma ímpar atravessa-o. Ao decompor, nos graus 3 e 4 fica por vezes um fator quadrático sem zeros reais (por exemplo $x^2+1$), que também conta como fator. Existem fórmulas resolventes para os graus 3 e 4, mas não para graus superiores.

Pratica★☆☆Por começar
Calcule analiticamente os pontos de interseção com os eixos coordenados da função polinomial $p(x) = x^3 - 4x$.

Calcule analiticamente os pontos de interseção com os eixos coordenados da função polinomial $p(x) = x^3 - 4x$.

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Pratica★☆☆Por começar
Encontre as raízes da função polinomial de segundo grau $f(x) = x^2 - 5x + 6$.

Encontre as raízes da função polinomial de segundo grau $f(x) = x^2 - 5x + 6$.

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Pratica★★☆Por começar
Encontre as raízes da função polinomial $f(x) = x^3 - 6x^2 + 9x$ e estude o seu sinal em toda a reta real, indicando os intervalos onde a função é positiva e negativa.

Encontre as raízes da função polinomial $f(x) = x^3 - 6x^2 + 9x$ e estude o seu sinal em toda a reta real, indicando os intervalos onde a função é positiva e negativa.

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Pratica★★★Por começar
Encontra a expressão analítica de um polinómio de terceiro grau $P(x)$ cujas únicas raízes são $x = -2$, $x = 1$ e $x = 4$, sabendo também que o seu gráfico interseta o…

Encontra a expressão analítica de um polinómio de terceiro grau $P(x)$ cujas únicas raízes são $x = -2$, $x = 1$ e $x = 4$, sabendo também que o seu gráfico interseta o eixo das ordenadas no ponto $(0, 16)$.

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Aplicações: otimizar e intersetar

Dois usos frequentes: encontrar o máximo ou mínimo de uma grandeza modelada por uma parábola e encontrar onde se cruzam dois gráficos.

Pratica★☆☆Por começar
A altura em metros de um drone de observação em função do tempo em segundos é dada pela expressão $h(t) = -5t^2 + 20t + 2$. Calcule a altura em que o drone se encontra…

A altura em metros de um drone de observação em função do tempo em segundos é dada pela expressão $h(t) = -5t^2 + 20t + 2$. Calcule a altura em que o drone se encontra nos instantes $t = 1$ e $t = 3$.

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Pratica★★☆Por começar
Um agricultor dispõe de $100$ metros de cerca para vedar uma horta retangular aproveitando a margem reta de um rio, por isso não precisa de colocar cerca nesse lado.…

Um agricultor dispõe de $100$ metros de cerca para vedar uma horta retangular aproveitando a margem reta de um rio, por isso não precisa de colocar cerca nesse lado. Expresse a área da horta em função da largura $x$ perpendicular ao rio e determine as dimensões que maximizam essa área.

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Pratica★★☆Por começar
Um projétil é lançado para cima de forma que a sua altura em metros em relação ao tempo em segundos segue a função $h(t) = -4,9t^2 + 19,6t + 1,5$. Calcule a altura…

Um projétil é lançado para cima de forma que a sua altura em metros em relação ao tempo em segundos segue a função $h(t) = -4,9t^2 + 19,6t + 1,5$. Calcule a altura máxima atingida pelo projétil e o instante de tempo em que ela ocorre.

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Pratica★★☆Por começar
O preço de venda em euros de um artigo em função do número de unidades $x$ procuradas no mercado é dado pela função $p(x) = 120 - 2x$. Escreva a função de receita total…

O preço de venda em euros de um artigo em função do número de unidades $x$ procuradas no mercado é dado pela função $p(x) = 120 - 2x$. Escreva a função de receita total $R(x)$ e calcule quantas unidades devem ser vendidas para maximizar a receita.

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Pratica★★☆Por começar
Calcule analiticamente os pontos de interseção entre a parábola $y = x^2 - 4x + 3$ e a reta $y = 2x - 5$.

Calcule analiticamente os pontos de interseção entre a parábola $y = x^2 - 4x + 3$ e a reta $y = 2x - 5$.

X Y A(?, ?) B(?, ?) f(x) g(x)
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Pratica★★★Por começar
Uma empresa de tecnologia vende $x$ unidades de um determinado componente eletrónico. O preço unitário de venda modelado em euros é $p(x) = 200 - 0,5x$. Os custos totais…

Uma empresa de tecnologia vende $x$ unidades de um determinado componente eletrónico. O preço unitário de venda modelado em euros é $p(x) = 200 - 0,5x$. Os custos totais de produção seguem a função $C(x) = 5000 + 20x$. Expresse a função de lucro $B(x)$, determine o número de unidades que maximiza o lucro e calcule a quanto ascende esse lucro máximo.

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Pratica★★★Por começar
Determine os valores do parâmetro $m$ para os quais a reta de equação $y = mx - 4$ é tangente à parábola $y = x^2 - 3x + 5$.

Determine os valores do parâmetro $m$ para os quais a reta de equação $y = mx - 4$ é tangente à parábola $y = x^2 - 3x + 5$.

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Volta ao princípio: no drone, $h(t) = -5t^2+20t+2$ tem vértice em $t_v = -\dfrac{20}{2\times(-5)} = 2$ s e a altura máxima é $h(2) = -20+40+2 = 22$ metros.

Em resumo

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