Enunciado

O canto superior direito de um pedaço de papel com 30   c m de largura por 20   c m de comprimento é dobrado sobre o lado direito, como na figura. Como você dobraria de forma a minimizar o comprimento da dobra? Em outras palavras, como você escolheria   x para minimizar y ?

Passo 1

Fala aí, pessoal.

Essa questão dá pra gente um pedaço de papel retangular de dimensões 20 c m por 30 c m , e diz que ele será dobrado da maneira representada na imagem:

E precisaremos dizer o tamanho de x indicado na figura para que a medida de y seja a menor possível.

Para isso, vamos escrever a medida y em função de x e depois fazermos sua minimização através da sua derivada igualada a zero.

Então vamos nessa.

Passo 2

Para escrever y em função de x , a gente vai precisar de mais detalhes do que esses que a figura nos dá, então esboçaremos um novo desenho. Veja:

O pedaço A C foi encontrado aplicando o teorema de Pitágoras, fazendo:

x 2 = 8 - x 2 + A C 2

E desenvolvendo:

A C 2 = x 2 - 64 + 16 x - x 2

Ou melhor:

A C 2 = 16 x - 64

A C 2 = 16 x - 4

E isolando A C , teremos:

A C = 4 x - 4

Maravilha.

Passo 3

O exercício quer que minimizemos y em função de x , então primeiramente encontraremos uma fórmula que inclui as duas variáveis, sendo:

y 2 = x 2 + z ²

Essa fórmula ainda não está muito bonita, porque y depende de x , mas também de outra variável, z , então precisamos encontrar uma fórmula no nosso desenho que isola z em função de x .

Veja:

Os triângulos C D E e B C A são semelhantes, pois ambos têm um ângulo de 90 ° , e os dois tem os outros dois ângulos sendo complementares ao nosso triângulo chave B C D , então:

z 8 = x 4 x - 4

z = 8 x 4 x - 4

E simplificando:

z = 2 x x - 4

Passo 4

Lembrando que

y 2 = x 2 + z 2

Chamaremos y 2 = f x para facilitar um pouco as contas.

E substituindo z , teremos:

f x = x 2 + 2 x x - 4 2

E desenvolvendo, ficamos com

f x = x 2 + 4 x 2 x - 4

Assim, tirando o mmc, teremos:

f x = x 3 x - 4   ,   4 < x ≤ 8

Passo 5

Agora vamos procurar y mínimo, mas lembra que fizemos y 2 = f x .

Então podemos procurar f x mínimo que tem uma expressão mais simples e tem mínimo igual ao mínimo de y .

Assim, minimizando f ( x ) através de sua derivação, teremos:

f x = x 3 x - 4

E sua derivada será calculada usando a regra do quociente. Fazendo:

f ' x = x 3 ' ⋅ x - 4 - x 3 ⋅ x - 4 ' x - 4 2

Assim:

f ' x = x - 4 3 x 2 - x 3 x - 4 2

E desenvolvendo, ficamos com:

f ' x = x 2 3 x - 4 - x x - 4 2

Agora igualando a zero, ficamos com:

f ' x = 2 x 2 x - 6 x - 4 2 = 0

E como o denominador não pode zerar, teremos

2 x 2 = 0

Ou

x = 6

Veja que x não pode ser zero pois se trata de uma medida, então, o x que minimiza y é x = 6 .

Resposta

x = 6

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