Enunciado

Use o roteiro dessa seção para esboçar a curva.

y = x e - 1 x

Passo 1

Fala aí! tudo certinho? 😉

Nesse problema vamos usarmos o roteiro de esboço de curvas dado na seção para esboçar o gráfico da função dada por

y = x e - 1 x

Para iniciar a questão vamos relembrar um pouco da teoria:

Domínio: Conjunto de todos os valores de (   x   ) para os quais a função f x é definida.

Interseções com os Eixos:

- Eixo x : Onde (   f ( x )   =   0   ) .

- Eixo y : Onde (   x   =   0   ) , ou seja, f ( 0 )

Simetria:

- Função Par: (   f - x =   f x ) .

- Função Ímpar:   (   f - x =   - f x ) .

Assíntotas:

- Assíntotas Verticais: Linhas verticais onde a função cresce sem limites.

- Assíntotas Horizontais: Linhas horizontais que a função se aproxima conforme (   x → ± ∞ ) .

Derivadas e Comportamento da Função:

- Primeira Derivada f ' x : Para determinar onde a função é crescente ou decrescente.

- Segunda Derivada f ' ' x : Para determinar a concavidade e pontos de inflexão.

Os intervalos nos quais uma função é crescente (ou decrescente) correspondem aos intervalos nos quais sua derivada é positiva (ou negativa). Então, se quisermos encontrar os intervalos em que uma função é crescente ou decrescente, nós calculamos sua derivada e descobrimos onde ela é positiva ou negativa (o que é mais fácil!).

Concavidade e Pontos de Inflexão:

- Concavidade para cima: (   f ' ' x >   0   ) .

- Concavidade para baixo: (   f ' ' x <   0   ) .

- Pontos de Inflexão: Onde (   f ' ' x =   0   )   e muda de sinal.

Bora lá!! 😉

Passo 2

A gente precisa lembrar certinho dos passos, em? Se seguir tudo bonitinho todo mundo acha a curva!!

  1. Primeiro a gente procura o domínio da função.
  2. Olhando pra ela, vemos que temos x na base de uma fração - 1 x , logo, o único valor que x não pode assumir é 0 , portanto, o domínio é D = - ∞ , 0 ∪ ( 0 , ∞ ) .

    Passo 3

  3. Agora procuramos intersecções. Há intersecção com o eixo y se for possível encontrar f ( 0 ) , mas já vimos ali em cima que x não pode assumir esse valor então pimba!
  4. Não tem intercepto no eixo y .

    Agora, testamos o do eixo x igualando a função a zero, e no nosso caso, y = 0 não existe, então não há intercepto x também!

    Passo 4

  5. Testando as três possibilidades de simetria:
  6. f - x ≠ f ( x )

    f - x ≠ - f x

    f ( x + p ) ≠ f ( x )

    Já que nenhuma das três possibilidades acontece, não há simetria.

    Passo 5

  7. Agora tem que lembrar lá do começo como resolve limite, porque vamos procurar as assíntotas.
  8. Então bora lá. Temos que

    lim x → 0 - ⁡ e - 1 x 1 x H = lim x → 0 - ⁡ e - 1 x 1 x 2 - 1 x 2 = - lim x → 0 - ⁡ e - 1 x = - ∞

    Então x = 0 é uma assíntota vertical.

    Além disso, lim x → 0 + ⁡ x e - 1 x = 0 , então, o gráfico se aproxima pela origem quando x → 0 + .

    Passo 6

    A gente vai entrar agora na parte das derivadas, não pode esquecer em!

  9. Primeiro vamos encontrar os intervalos em que a função cresce ou decresce calculando a derivada primeira:
  10. f ' x = x e - 1 x 1 x 2 + e - 1 x 1 = e - 1 x 1 x + 1 = x + 1 x e 1 x > 0

    x < - 1   o u   x > 0

    Se f é maior que zero nesses valores, quer dizer que conseguimos encontrar o intervalo em que ela cresce, que é em ( - ∞ , - 1 ) e 0 , ∞ , e no resto da função ela decresce, que é em ( - 1,0 ) .

    Passo 7

  11. Agora é a hora de achar os pontos extremos.
  12. Para procurar os pontos mínimos, é importante olhar onde a função decresce, porque quando ela parar de decrescer e mudar o sinal, ali teremos nosso ponto.

    Mas nesse caso, a função decresce de - 1 até 0 , mas bem no momento em que ela para de decrescer temos uma assíntota, então não temos ponto de mínimo.

    Há máximo local em f - 1 = - e porque a função está crescendo até - 1 e nesse momento ela começa a decrescer, formando aquela famosa montanhazinha /\.

    Passo 8

  13. O último passo antes de montar o gráfico é achar as concavidades e pontos de inflexão, que vamos encontrar calculando a segunda derivada:

f ' ' x = e - 1 x - 1 x 2 + 1 x + 1 e - 1 x 1 x 2

= 1 x 2 e - 1 x - 1 + 1 x + 1

= 1 x 3 e 1 x > 0

x > 0

Como f ' ' é positiva para x > 0 , em todo esse intervalo então sabemos que ela faz o sorrisão, e é côncava para cima, em ( 0 , ∞ ) , e côncava para baixo em - ∞ , 0 , que é o restante.

Lembra que a gente tem uma assíntota em x = 0 ?

Então, nesse ponto a concavidade deveria mudar o sinal e nos dar um ponto de inflexão, mas por conta da assíntota, ele não existe.

Passo 3

Após esse mundaréu de passos, vamos para o gráfico!! Agora fica fácil de visualizar tudo, dá uma olhada naquela assíntota e uma relida nos passos para fixar tudo na cabeça!

Resposta

Vide o passo a passo.

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