Enunciado
Cálculo - Cálculo Volume 1 - 8ª Edição - James Stewart- Ed: 8º - Capítulo 3.1 - Ex. 54
Os pneus de automóveis precisam ser inflados corretamente porque uma pressão interna inadequada pode causar um desgaste prematuro. Os dados na tabela mostram a vida útil do pneu (em milhares de quilômetros) para um certo tipo de pneu em pressões (em kPa)
- Use uma calculadora gráfica ou computador para modelar a vida do pneu como uma função quadrática da pressão.
- Use o modelo para estimar quando e quando . Qual o significado da derivada? Quais são suas unidades? Qual é o significado dos sinais das derivadas?
Passo 1
Opa, vamos fazer essa questão! O enunciado nos deu uma tabela que relaciona a vida útil de um pneu, em milhares de quilômetros com sua pressão interna em :
A partir desses dados devemos, na letra (a), escrever sabendo essa relação é quadrática, ou seja,
Onde é a vida útil do pneu e é a pressão. Pra fazer isso vamos precisar de uma calculadora gráfica, você pode achar alguma online também! ;)
Para a letra (b) a gente deve usar para calcular a derivada, , quando e quando . A derivada da função será determinada pela seguinte regra da potência:
A ideia aqui é descer com o expoente para a frente de quem estamos derivando e subtrair um do expoente, faz mais sentido agora, né?
E por fimO enunciado também pede pra a gente explicar o significado da derivada e definir sua unidade!
Agora vamos colocar a mão na massa!
Passo 2
A primeira coisa que precisamos fazer é modelar a função quadrática que relaciona a arelaciona a vida útil de um pneu com sua pressão interna::
Aqui vamos usar o excel, então vamos criar uma coluna com os dados de , esse vai ser nosso eixo e a outra coluna com os dados de vai ser nosso eixo .
Após isso a gente vai plotar o gráfico de dispersão e selecionar a opção de regressão quadrática, ficamos então com:
Temos então que o ajuste quadrático será:
Passo 3
Agora vamos derivar e encontrarmos o valor da derivada para e :
Sua respectiva derivada será determinada pela regra da potência, em que a derivada de elevado ao expoente , será igual ao expoente vezes elevado ao expoente menos 1, como o exemplo abaixo.
Calculando:
Como a unidade de é quando derivarmos em relação a que está em . Podemos simplificar como:
Passo 4
Usando a equação de e substituindo por e , teremos que
Para :
Fazendo as contas:
Para :
Fazendo as contas:
Pra finalizar, vamos entender melhor o significado da derivada. A derivada representa a variação da vida útil do pneu com relação ao tempo. Assim, se a derivada é positiva a vida útil do pneu aumenta e se for negativa ela diminui.
Resposta
a)
b)
A derivada representa a variação da vida útil do pneu com relação ao tempo. Assim, se a derivada é positiva a vida útil do pneu aumenta e se for negativa ela diminui.