Enunciado

Descreva a mudança no gráfico de f à medida que c varia. Faça o gráfico de vários membros da família para ilustrar as tendências que você descobriu. Em particular, você deve investigar como os pontos de máximo e mínimo e os pontos de inflexão movem-se quando c varia. Você deve também identificar qualquer valor intermediário de c no qual o aspecto básico da curva mude.

f x = x 4 + c x 2

Passo 1

E aí! tudo certinho?

Nesse problema foi dada a função

f x = x 4 + c x 2

E nosso objetivo é descrever como a função f muda então c varia.

Tem ideia de como fazemos isso?

A questão ainda nos deu uma dica bacana... vamos verificar como os pontos extremos e os pontos de inflexão variam a medida que c varia.

Para isso vamos calcular f ' e f ' ' e analisar como a variação de c impacta nessas funções.

Bora começar!

Passo 2

A primeira coisa que podemos perceber na função é que em todas as aparições de x seu expoente é par, logo, podemos concluir que nossa função terá simetria par f x = f - x .

x 4 + c x 2 = - x 4 + c - x 2

x 4 + c x 2 = x 4 + c x 2

Vamos escolher alguns valores de c para plotar alguns gráficos...

Para c = 1 , 2 , 5 , - 1 e - 5 , temos

c 0 , x = 0 é o único ponto interceptado no eixo x . Quando c < 0 , o eixo x é interceptado em ± - c .

Já o eixo y é interceptado em x = 0 ,   para c ≥ 0 , pois f 0 = 0 . E quando c < 0 , o eixo y não é interceptado. Observamos também que a função é simétrica em relação ao eixo y por ser uma função par.

Tranquilo até aqui?

Passo 3

Agora vamos analisar como f ' e f ' ' são afetadas pela variação de c .

Para analisar os pontos de máximo e mínimo e de inflexão precisamos calcular as derivadas de f .

Assim, temos que pela regra da cadeia ou usando uma ferramenta computacional.

f ' x = 4 x 3 + 2 c x 2 x 4 + c x 2 = x 2 x 2 + c x x 2 + c

Para x < 0

f ' x =   - 2 x 2 + c x 2 + c

Para x > 0

f ' x = 2 x 2 + c x 2 + c

Assim, verificamos que no ponto x = 0 é o qual a função recebe a maior nítida variação quando c   aumenta. Existe um mínimo absoluto em 0   para c ≥ 0 e não há outros máximos nem mínimos.

Além disso, quando c < 0 a função só é definida se o conteúdo da raiz for maior ou igual a 0

x 2 + c ≥ 0 → x ≥ - c

Assim como vimos no passo 2

Show?

Passo 4

Calculando a derivada de segunda ordem usando uma ferramenta computacional...

f ' ' x = x 4 2 x 2 + 3 c x 3 x 2 + c 3 2

Para f ' ' x = 0

x = ± - 3 c 2   p a r a   c < 0

Assim, verificamos que a função tem concavidade para cima em - ∞ , - - 3 c 2 e - 3 c 2 , ∞ e concavidade para baixo em - - 3 c 2 , - - c   e   - c ,   - 3 c 2 .

Existem pontos de inflexão em ± - 3 c 2 , 3 c 2 4 . Quanto mais negativo c fica, mais o ponto de inflexão se aproxima da origem. O único valor de transição é c = 0 .

E aí! entendeu tudo? Responde Aí!

Resposta

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