Enunciado

Use o teorema de Rolle para provar que a equação

4 x 5 + 3 x 3 + 3 x - 2 = 0

tem exatamente uma raiz no intervalo ( 0 ,   1 ) .

Passo 1

Seja f x = 4 x 5 + 3 x 3 + 3 x - 2 . Observe que:

f 0 = 4 ( 0 ) 5 + 3 ( 0 ) 3 + 3 0 - 2 ⇒

f 0 = 0 + 0 + 0 - 2 = - 2

f 1 = 4 1 5 + 3 1 + 3 1 - 2 ⇒

f 1 = 4 + 3 + 3 - 2 ⇒

f 1 = 8

Observe que f é contínua, por ser uma função polinomial. Deste fato, e como f 0 < 0 e f 1 > 0 , temos que existe um a ∈ ( 0 ,   1 ) tal que f a = 0 . Ou seja, a equação

4 x 5 + 3 x 3 + 3 x - 2 = 0

admite solução no intervalo ( 0 ,   1 ) .

Passo 2

Vamos supor que a não é a única solução de 4 x 5 + 3 x 3 + 3 x - 2 = 0 no intervalo ( 0 ,   1 ) . Assim, existe b ∈ ( 0 ,   1 ) de forma que f b = 0

Observe que, como f é polinomial ela é contínua e derivável para qualquer x ∈ R , em particular será contínua no intervalor [ a ,   b ] e derivável em ( a ,   b ) . E como f a = f ( b ) , pelo teorema de Rolle temos que existe c ∈ ( a ,   b ) de forma que f ' c = 0 .

Das regras de derivação temos:

f ' x = 4.5 x 5 - 1 + 3.3 x 3 - 1 + 3 x 1 - 1 ⇒

f ' x = 20 x 4 + 9 x 2 + 3

Assim f ' c = 20 c 4 + 9 c 2 + 3 = 0

Porém, como 20 c 4 ≥ 0 , 9 c 2 ≥ 0 e 3 > 0 , temos f ' c > 0 , o que é um absurdo.

Portanto, a equação 4 x 5 + 3 x 3 + 3 x - 2 = 0 só admite uma solução no intervalo ( 0 ,   1 ) , como queríamos mostrar.

Resposta

Ei, a resposta está no passo a passo :)

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