Matemática elementar/Função quadrática
Observe o exemplo que segue:
A resposta para este problema é uma função quadrática, que pode ser deduzida pelo seguinte modo:
- O volume do cilindro é dado por seu raio r (observe que o volume foi convertido para metros cúbicos):
- Introduzindo x e y ao cálculo:
- Resolvendo:
- Que simplificada:
Que é a solução para o problema. A presença da variável x no segundo grau (x2) caracteriza a função como quadrática (ou de segundo grau). O expoente 2 caracteriza o contradomínio por uma progressão geométrica. Tenha como exemplo a função anteriormente encontrada:
x | -7 | -6 | -5 | -4 | -3 | -2 | -1 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
y |
Diferentemente da função afim (em que para cada x há um valor y), na função do segundo grau os valores y se repetem. Trata-se, portanto, de uma função sobrejetora e par.
Função quadrática
[editar | editar código-fonte]A expressão geral da função do segundo grau é
Em que a e b são os coeficientes de x2 e x, respectivamente, e c é o coeficiente independente.
Gráfico
[editar | editar código-fonte]Para traçar o gráfico no plano cartesiano, é necessário, ao menos, três soluções para f(x). Desta forma, a equação do segundo grau origina uma parábola, que é formada pelo corte vertical de um cone. A parábola pode ter concavidade voltada para cima (para a > 0) ou para a parte de baixo (para a < 0), como é mostrado nos exemplos a baixo:
Além disso, você deve notar que para f(0), obtêm-se o ponto (0, c), em f(x) = ax2 + bx + c:
Portanto, diz-se que o coeficiente independente c é o ponto no eixo das ordenadas em que passa a parábola. Note que nos gráficos anteriores, a ausência do coeficiente independente faz com que a parábola passe pelo eixo y no ponto zero.
Zeros
[editar | editar código-fonte]Sempre que encontramos um valor da variável x onde a função y (ou f(x)) é igual a zero, chamamos este valor de zero (ou raiz) da função. No gráfico, as raízes representam os pontos (x, 0) - ou seja, aqueles em que a parábola intercepta o eixo das abcissas. Os zeros de uma função quadrática são no máximo dois, pois a forma fatorada da função quadrática é sempre:
Ou seja, só existem dois valores que podem anular o valor da função, que são p e q. Observe que para x igual a p ou q, o produto será zero. Entretanto, a função pode, também, ter apenas uma raiz, ou também, nenhuma raiz real. O número exato de raízes reais da função quadrática é dado por seu discriminante (Δ):
Desta forma, se Δ > 0, f(x) tem duas raízes reais e distintas. Se Δ = 0, f(x) tem duas raízes reais idênticas. Se Δ < 0, f(x) possuirá duas raízes complexas distintas.
Os valores de p e q podem ser descobertos facilmente por:
Desta forma, os zeros da função podem ser conhecidos pela seguinte fórmula resumida:
É a chamada fórmula quadrática (erroneamente conhecida como fórmula de Bhaskara[1]). Veja um exemplo em que foram calculadas as raízes de f(x) = -4x2 + 3x + 1:
Assim, as raízes são descobertas alternando-se o sinal anterior a √Δ:
Vértice
[editar | editar código-fonte]O vértice é o único ponto x da função f(x) em que um determinado valor y não se repete. Ele pode ser obtido pela média aritmética de quaisquer valores x desde que determinem o mesmo y. As raízes, por exemplo, podem ser utilizadas para tal efeito. Considerando (x; y) as coordenadas do vértice de f(x), podemos encontrar o vértice do exemplo anterior:
O valor y é obtido pela substituição de x na equação original (y = -4x2 + 3x + 1):
Outra forma de se calcular as coordenadas (x; y) do vértice, é utilizando as seguintes fórmulas:
Exemplo: quais as coordenadas do vértice de y = x2 + 4x + 1?
Elementos da parábola
[editar | editar código-fonte]A parábola é construída a partir de um foco e de uma diretriz.
Função dados três pontos
[editar | editar código-fonte]Dados três pontos quaisquer de um plano em que a mesma parábola os une, então é possível descobrir a função por dois métodos: por um sistema linear ou pela regra de Cramer. Mostraremos a resolução somente pelo sistema de equações, deixando o método de Cramer a cargo do leitor. Consideraremos os pontos z1 = (x1; y1), z2 = (x2; y2) e z3 = (x3; y3) pertencentes à parábola. Dá-se a equação, então, por:
Exemplo: qual a equação da parábola que passa pelos pontos z1 = (2; 6), z2 = (-1; -3) e z3 = (-2; 2)?
Multiplicaremos a terceira equação por -1 e somá-la-emos às duas primeiras:
Substituindo-se a por 2 e b por 1 em uma das equações, obteremos c = - 4. Assim, a equação desta parábola é y = 2x2 + x - 4.
Equações biquadradas
[editar | editar código-fonte]Exercícios
[editar | editar código-fonte]Referências
- ↑ Fórmula de Bháskara. Por José Roberto Lessa. InfoEscola, 24 de abril de 2018.