Enunciado

Use o roteiro desta seção para esboçar a curva:

y = 2 x - tan ⁡ x ,   - π 2 < x < π 2

Passo 1

Eaeee, belezinha??? Bom... A questão pede para usarmos a roteiro apresentado na seção do livro para fazer um esboço da curva da seguinte função:

y = 2 x - tan ⁡ x ,   - π 2 < x < π 2

Assim, precisamos encontrar o domínio da função, interseção com eixos, limites no infinito, intervalos de crescimento, pontos críticos, fazer um estuda da concavidade e qualquer outra consideração que ajude a entender bem o comportamento da função.

Eiiita, muita coisa né??? Então vamos com calma que vai dar certo!!!

😉

Passo 2

Nosso primeiro passo é calcular o domínio.

O domínio de uma função é o conjunto de todos os valores de entrada para os quais a função produz um resultado válido.

Sabendo disso, é importante observar as restrições que uma função pode ter.

No nosso caso, a questão já nos disse o domínio D , que é o intervalo - π 2 < x < π 2 , portanto:

D = - π 2 , π 2

Passo 3

Agora precisamos achar os pontos de interceptação nos eixos.

Fazendo x = 0 , temos o ponto de interceptação no eixo x = 0 :

y = 2 ⋅ 0 - tan ⁡ 0 ∴

y = 0

Que é a origem.

Agora, fazendo y = 0 , temos:

0 = 2 x - tan ⁡ x ∴

2 x = tan ⁡ x

É muito complicarmos para nós resolvermos analiticamente essa expressão.

No entanto, se fizermos através de um método numérico (pelo método de Newton-Raphson, por exemplo) chegaremos nos seguintes resultados:

x ≈ ± 1.17

Passo 4

A figura haverá simetria se a função for par ou ímpar.

Para isso vamos fazer f - x :

f - x = 2 - x - tan ⁡ - x ∴

f - x = - 2 x + tan ⁡ x ∴

f - x = - 2 x - tan ⁡ x ∴

f - x = - f x

Logo, vemos que a função é ímpar e há simetria a partir do zero.

Passo 5

As assíntotas verticais ocorrem quando o denominador da função se anula.

Nesse sentido, temos:

lim x → - π 2 + ⁡ 2 x - tan ⁡ x = ∞

lim x → π 2 - ⁡ 2 x - tan ⁡ x = - ∞

Assim, as assíntotas verticais estão em x = ± π 2 .

Não há assíntotas horizontais.

Passo 6

Encontrando os intervalos de crescimento e decrescimento, a gente deriva a função e verificamos se a derivada é positiva ou negativa em relação ao intervalo:

f x = 2 x - tan ⁡ x ∴

f ' x = 2 - sec 2 ⁡ x

Analisando a derivada, observamos que:

f ' x < 0 ↔ sec ⁡ x > 2

Sendo assim, f cresce em

- π 4 , π 4

e decresce em

π 4 , π 2

e em

( - π 2 , - π 4 )

Passo 7

Como a função decresce depois cresce, e decrescente novamente, há um valor de máximo local em π 4 , e um de mínimo local em - π 4 .

f π 4 = π 2 - 1

f - π 4 = - π 2 + 1

Passo 8

Achando concavidades e pontos de inflexão por meio da derivada segunda, temos:

f ' ' x = - 2 sec ⁡ x sec ⁡ x tan ⁡ x ∴

f ' ' x = - 2 tan ⁡ x sec 2 ⁡ x ∴

f ' ' x = - 2 tan ⁡ x ( tan 2 ⁡ x + 1 )

f ' ' x > 0 ↔ tan ⁡ x < 0 ↔ - π 2 < x < 0 ,

e

f ' ' x < 0 ↔ tan ⁡ x > 0 ↔ 0 < x < π 2

Assim, a função tem concavidade para cima em ( - π 2 , 0 ) , e concavidade para baixo em ( 0 , π 2 ) e um ponto de inflexão em 0,0 , onde a derivada troca o sinal.

Com base nessas informações, temos o seguinte gráfico:

Resposta

Resposta nos passos

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