Enunciado

Use o roteiro desta seção para esboçar a curva:

y = x - x 2 2 - 3 x + x 2

Passo 1

Falaeee, belezinha?? A questão quer que esbocemos a seguinte curva:

y = x - x 2 2 - 3 x + x 2

Para isso, devemos seguir alguns passos:

  1. Verificar o domínio da função;
  2. Interseções com os eixos;
  3. Verificar simetria da função;
  4. Verificar assíntotas;
  5. Verificar intervalos de crescimento e decrescimento;
  6. Verificar pontos críticos;
  7. Verificar concavidade.

Muita coisa, né? Então vamos devagarinho que vai dar tuudo certo!! 😉

Passo 2

O primeiro passo é definir o domínio D   de f , isto é, o conjunto dos valores de x para os quais f ( x ) está definida.

Temos neste caso que o denominador não é definido se for igual a zero, então podemos escrever que:

2 - 3 x + x 2 ≠ 0

Fatorando, ficamos com:

x - 1 x - 2 ≠ 0

E resolvendo para cada fator, teremos:

x ≠ 1         e         x ≠ 2

Assim, temos que:

D = { x ∈ R | x ≠ 1       e       x ≠ 2 }

Passo 3

Agora devemos definir as intersecções com os eixos.

Para o eixo y a interseção é dada por f ( 0 ) e para o eixo x fazemos y = 0 e isolamos o x .

Assim, temos que:

f 0 = 0

0 = x - x 2 2 - 3 x + x 2

Como o denominador nunca pode zerar, podemos nos preocupar apenas com o numerado. Assim, se fatorarmos o numerador, ficamos com:

x 1 - x = 0

Então podemos concluir que:

x = 0           e         1 - x = 0 ⇒ x = 1

Como a função não é definida para x = 1 , temos que o eixo x é interceptado somente em 0 .

Passo 4

Devemos verificar se a função possui simetria. Temos três casos:

(I) Se f - x = f ( x ) para todo x em D , f é uma função par e a curva é simétrica em relação ao eixo y . Caso isso ocorra basta refletir a curva x ≥ 0 em torno do eixo y para obter a curva completa.

(II) Se f - x = - f x para todo x em D , f é uma função ímpar e é simétrica em relação à origem. Caso isso ocorra basta girar a curva x ≥ 0   em 180   g r a u s em torno da origem para obter a curva completa.

(III) Se f x + p = f ( x ) para todo x em D , onde p é uma constante positiva, f é uma função periódica e o menor desses números p é chamado de período. Caso isso ocorra pode-se usar a translação de um período para esboçar o gráfico inteiro.

Para esta função, tomando um valor qualquer de x percebemos que ela não obedece a nenhum caso, logo não possui simetria.

Passo 5

Devemos verificar agora se a função f possui assíntotas:

(I) Assíntota horizontal:

Se f x = L     e f x = L   ,     então a reta y = L é uma assíntota horizontal da curva y = f ( x ) .

Se resultar que f x = ∞   ( o u - ∞ )   , então não temos uma assíntota à direita.

(II) Assíntota vertical: a reta x = a é uma assíntota vertical se pelo menos uma das seguintes afirmativas for verdadeira:

f x = ∞                                                         f x = ∞    

f x =   - ∞                                                   f x =   - ∞    

Temos:

x - x 2 2 - 3 x + x 2

E colocando o x 2 em evidência no numerador e no denominador, teremos:

x 2 1 x - 1 x 2 2 x 2 - 3 x + 1

Que pode ser simplificada para:

1 x - 1 2 x 2 - 3 x + 1 =   - 1      

Assim, temos uma assíntota horizontal em - 1 .

Tomando x = 1 , temos:

x - x 2 2 - 3 x + x 2 = x ( 1 - x ) ( 1 - x ) ( 2 - x ) = x 2 - x =   1      

Logo não é assíntota vertical.

Tomando x = 2 , temos:

x - x 2 2 - 3 x + x 2 = x 2 - x = ∞    

Logo, temos uma assíntota vertical em 2 .

Passo 6

O próximo passo é definir os intervalos de crescimento ou decrescimento da função.

Calculamos f ' ( x ) e encontramos os intervalos nos quais f ' ( x ) é positiva ( f é crescente) e os intervalos nos quais f ' ( x ) é negativa ( f é decrescente).

Derivando a forma já simplificada da função y = x 2 - x , temos:

f ' x = 2 - x - - x 2 - x 2 = 2 2 - x 2 > 0       [ x ≠ 1,2 ]

Então, f é crescente para - ∞ , 1 , ( 1,2 ) e 2 , ∞   .

Passo 7

Calcularemos agora os pontos críticos, números c em que f ' c = 0 ou f ' c não existe.

Aplicando o Teste da Derivada, se f ' ( x ) muda de positiva para negativa em um número crítico c , então f ( c ) é um máximo local.

Se f ' ( x ) muda de negativa para positiva em c , então f ( c ) é um mínimo local.

Temos que:

f ' x = 0 ⇒ 2 2 - x 2 = 0

Observamos que a equação é satisfeita para x = 2 e esse ponto não está definido na função, logo a função não possui pontos extremos.

Passo 8

Calcularemos agora a concavidade da função f utilizando f ' ' ( x ) .

Se f ' ' x > 0 a função é côncava para cima e se f ' ' x < 0 a função é côncava para baixo.

Assim temos que:

f ' x = 2 2 - x 2

f ' ' x =   - 4 2 - x - 1 2 - x 4

f ' ' x = 4 2 - x 3 > 0     p a r a   x < 2  

Então f é côncava para baixo com x no intervalo de ( 2 , ∞ ) e côncava para cima com x nos intervalos ( - ∞ , 1 ) e ( 1,2 ) .

Passo 9

Por fim, esboçando a curva obtemos, sabendo que:

D = { x ∈ R | x ≠ 1       e       x ≠ 2 }

eixo x é interceptado somente em 0

não possui simetria

temos uma assíntota horizontal em - 1 e uma assíntota vertical em 2

f é crescente para - ∞ , 1 , ( 1,2 ) e 2 , ∞

a função não possui pontos extremos

f é côncava para baixo com x no intervalo de ( 2 , ∞ ) e côncava para cima com x nos intervalos ( - ∞ , 1 ) e ( 1,2 )

Entendeu direitinho?? Responde aee😉

Resposta

D = { x ∈ R | x ≠ 1       e       x ≠ 2 }

eixo x é interceptado somente em 0

não possui simetria

temos uma assíntota horizontal em - 1 e uma assíntota vertical em 2

f é crescente para - ∞ , 1 , ( 1,2 ) e 2 , ∞

a função não possui pontos extremos

f é côncava para baixo com x no intervalo de ( 2 , ∞ ) e côncava para cima com x nos intervalos ( - ∞ , 1 ) e ( 1,2 )

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