Exercício: determinando intensidade luminosa recebida por uma lâmpada.

(ITA-SP) Uma lâmpada de filamento, ligada a uma fonte de tensão contínua de $100$ volts, tem uma resistência de $50$ ohms. Supondo que $2\%$ da potência elétrica dissipada se converta em radiação visível, qual será a intensidade luminosa a $10\ m$ da lâmpada?

Resolução:

De Eletricidade, sabemos que:

$P\ =\ \dfrac{U^2}{R}$

Donde a potência total gasta pela lâmpada será:

$P\ =\ \dfrac{100^2}{50}\ =\ 200\ W$

A potência convertida em radiação visível será:

$2\%\ \cdot\ P\ =\ 4\ W$

A intensidade luminosa recebida por um objeto localizado a $10\ m$ da lâmpada será:

$I\ =\ \dfrac{P}{4 \pi r^2}\ =\ \dfrac{4}{4 \pi\ \cdot\ 100}\ =\ \dfrac{1}{100 \pi}\ \dfrac{W}{m^2}$

Exercício: variação de velocidade de uma onda em um fio com variação do raio de espessura.

Resolução:

Uma das relações que nos fornece a velocidade de uma onda linear é:

$v\ =\ \sqrt{\dfrac{T}{d\ \cdot\ S}}$.....[1]

Onde $T$ é a força tensora no fio, $d$ é a densidade do material constituinte do fio, e $S$ é a área da seção reta.

Sabemos que:

$S\ =\ \pi r^2$.....[2]

Onde $r$ é o raio da espessura do fio.

Substituindo [2] em [1]:

$v\ =\ \dfrac{1}{r} \sqrt{\dfrac{T}{\pi d}}$

Onde concluímos que a velocidade de propagação da onda é inversamente proporcional ao raio de espessura.

Assim, ao dividir o raio por $2$, a velocidade será duplicada. Assim, chamando de $v_{BC}$ a velocidade no trecho $BC$, teremos:

$v_{BC}\ =\ 2\ \cdot\ 200\ =\ 400\ \dfrac{m}{s}$

Exercício: determinando o comprimento de onda por meio de um objeto em deslocamento.

(U Mackenzie-SP) As ondas de um lago chegam de $10$ em $10$ segundos a um ponto da margem. Uma boia desloca-se no sentido contrário ao da propagação das ondas com uma velocidade de $30\ \dfrac{cm}{s}$ em relação à margem, levando $5$ segundos para ir de uma depressão a outra, transpondo $8$ cristas. Qual o espaçamento entre as cristas?

Resolução:

A grandeza pedida é o comprimento de onda das oscilações da maré.

Chamando de $v$ a velocidade das ondas da maré e $\lambda$ seu comprimento de onda, teremos:

$v\ =\ \dfrac{\lambda}{10}$.....[1]

Para a bóia, teremos uma velocidade relativa, tendo uma oscilação própria diferente da do ponto da margem.

Como transpôs $8$ cristas em $5$ segundos, seu período de oscilação será $\dfrac{5}{8}$ segundos, tendo para sí a relação:

$v + 30\ =\ \dfrac{\lambda}{\dfrac{5}{8}}$.....[2]

Substituindo [1] em [2], teremos:

$\dfrac{\lambda}{10} + 30\ =\ \dfrac{8\lambda}{5}$

Donde:

$\lambda\ =\ 20\ cm$

Exercício: intensidades sonoras iguais.

Resolução:

De acordo com a relação:

$I\ =\ \dfrac{P}{4\pi r^2}$

Mantendo-se constante a intensidade sonora, sendo esta inversamente proporcional ao quadrado da distância do ponto à fonte e diretamente proporcional à potência, dobrando-se a distância, a potência deve ser multiplicada por $4$.

Chamando $P_B$ a potência da fonte B, teremos:

$P_B\ =\ 4\ \cdot\ 2,0\ =\ 8,0\ mW$

Exercício: frequência de oscilação de um barco em deslocamento.

(FEI-SP) Um barco A navega contra as ondas numa velocidade de $4,0\ \dfrac{m}{s}$. Uma embarcação B, ancorada, oscila com uma frequência de $0,03\ s^{-1}$. Sabendo que não ha correnteza, mas que as ondas se propagam com a velocidade de $2,4\ \dfrac{m}{s}$, determine a frequência de oscilação do barco A.

Resolução:

Observando o barco B, estático, podemos determinar o comprimento das ondas:

$2,4\ =\ 0,03\ \cdot\ \lambda\ \Rightarrow\ \lambda\ =\ 80\ m$

O barco A terá uma velocidade relativa de $4,0\ +\ 2,4\ =\ 6,4\ \dfrac{m}{s}$ com as ondas.

Aplicando a mesma lei e chamando de $f$ a frequência de oscilação do barco A, teremos:

$6,4\ =\ f\ \cdot\ 80\ \Rightarrow\ f\ =\ 0,08\ s^{-1}$

Exercício: período de um sistema pendular.

(FCM Santa Casa-SP) Na figura abaixo está representado um pêndulo simples, de período igual a $T$. Colocando-se um prego (P) na posição indicada, o pêndulo, na máxima elongação para a esquerda, fica com a configuração indicada pela linha pontilhada, voltando, depois, à sua configuração inicial.
Qual é o período de oscilação desse sistema?

a) 4T/3
b) 3T/2
c) 3T/4
d) 2T/3
e) 2T

Resolução:

Chamemos o período do sistema de $T_{eq}$, e o período do pêndulo ao lado esquerdo do prego de $T_p$.

Logicamente teremos $T_{eq}\ =\ \dfrac{T}{2}\ +\ \dfrac{T_p}{2}$......[1]

Como o período de um pêndulo, para oscilações de pequena amplitude, é diretamente proporcional à raiz quadrada do seu comprimento, e o comprimento do pêndulo à esquerda do prego fica multiplicado por $\dfrac{1}{4}$, teremos que:

$T_p\ =\ \dfrac{T}{2}$.....[2]

Substituindo [2] em [1], teremos:

$T_{eq}\ =\ \dfrac{T}{2}\ +\ \dfrac{T}{4}\ =\ \dfrac{3T}{4}$

Logo a alternativa correta é a C.

Exercício: MHS: elongação em uma fração da velocidade máxima.

(FO LINS-SP) Uma partícula executa movimento harmônico simples. Quando passa pelo ponto de elongação $x\ =\ +3,2\ cm$, sua velocidade é igual a $60\%$ da sua velocidade máxima. Qual é a amplitude do movimento?

Resolução:

Em um MHS sabemos que a equação que relaciona as variáveis velocidade e espaço é a equação de Torricelli para o MHS linear:

$v^2\ =\ \omega^2(a^2 - x^2)$.

Sabemos também que a velocidade é dada pela função horária:

$v\ =\ -\omega a\ \cdot\ \sin(\omega t + \varphi_0)$

Tendo seu máximo valor quando a fase for:

$\varphi\ =\ \dfrac{3\pi}{2} + 2k\pi\ ,\ k \in \mathbb{Z}$

Assim:

$v_{max}\ =\ \omega a$.

Substituindo na relação de Torriceli:

$(60\%)^2 \omega^2 a^2\ =\ \omega^2 (a^2 - x^2)$

Donde:

$x\ =\ \dfrac{8}{10} a$

Substituindo $x$ por $3,2$, teremos:

$a\ =\ 4\ cm$

Exercício: movimento oscilatório de um corpo flutuando em um fluido.

Uma rolha de densidade $d_r$ e altura $H$ flutua num líquido de densidade $d_{\ell}$. Afunda-se ligeiramente a rolha para baixo, deixando-se, a seguir, oscilar. Sendo $g$ a aceleração local da gravidade, determine o período de oscilação da rolha.

Resolução:

Antes de tudo, vamos determinar qual será o tipo de movimento da rolha.

Quando estática, o sistema estará em equilíbrio. Após afundar a rolha, surgirá uma resultante-empuxo trará a rolha de volta à sua posição inicial.

Chamando $A$ a área da secção reta da rolha, $E$ a força-empuxo, $h$ o comprimento submerso da rolha em equilíbrio, e $x$ o deslocamento imposto à rolha, teremos:

$E - P\ =\ d_{\ell}\ \cdot\ A\ \cdot\ (h - x)\ \cdot\ g\ -\ d_r\ \cdot\ A\ \cdot\ H\ \cdot\ g\ =$

$=\ gA[d_{\ell}(h - x) - d_r H]$

Considerando $d_r\ \approx\ 0$, $h\ \approx\ 0$, $P\ \approx\ 0$, e chamando de $R$ a resultante, teremos:

$R\ =\ E\ =\ -d_{\ell}gA\ \cdot\ x$

Logo podemos considerar $R$ aproximadamente uma força restauradora e diretamente proporcional ao deslocamento imposto $x$, caracterizando um MHS linear.

Assim podemos utilizar a fórmula geral do período:

$T\ =\ 2\pi\sqrt{\dfrac{m}{k}}$

Onde:

$m\ =\ d_r A H$

e

$k\ =\ d_{\ell}gA$

Logo:

$T\ =\ 2\pi\sqrt{\dfrac{d_r H}{d_{\ell} g}}$

Exercício: período de oscilação de um pêndulo na Lua.

Na Terra, um pêndulo simples executa oscilações com período $T_T$. Se este pêndulo oscilasse na Lua, seu período seria $T_L$. Determine a razão $\dfrac{T_T}{T_L}$. Sabe-se que a aceleração da gravidade na Lua é seis vezes menor que na Terra.

Resolução:

Para pequenas oscilações, o movimento do pêndulo será aproximadamente harmônico simples linear, o que possibilitará-nos utilizar a fórmula $T = 2\pi\sqrt{\dfrac{\ell}{g}}$.

Como a aceleração da gravidade na Lua é seis vezes menor que na Terra, teremos: $g_L = \dfrac{g_T}{6}$.

Assim:

$T_L\ =\ 2\pi\sqrt{\dfrac{\ell}{\dfrac{g_T}{6}}}\ \Rightarrow\ T_L\ =\ (\sqrt{6})\ \cdot\ (2\pi\sqrt{\dfrac{\ell}{g_T}})\ =\ \sqrt{6}\ \cdot\ T_T$

Donde:

$\dfrac{T_T}{T_L}\ =\ \dfrac{T_T}{\sqrt{6}\ \cdot\ T_T}\ =\ \dfrac{1}{\sqrt{6}}$

Exercício: lentes ópticas.

Usando uma lente delgada convergente de distância focal $f$ é possível projetar nitidamente a imagem de um objeto frontal sobre uma tela situada a uma distância $D$ do objeto. Verifica-se também que, dependendo da relação entre $f$ e $D$, há duas posições da lente que dão imagem nítida; às vezes uma só posição e, às vezes, nenhuma. Determine uma relação entre $f$ e $D$ para que haja formação de tal imagem nítida.

Resolução:

Como trata-se de uma lente delgada, podemos usar as relações de Gauss. Como projeta uma imagem em um anteparo, a imagem é real, e como temos uma lente convergente, o objeto será também real.

$D\ =\ p\ +\ p'\ \Rightarrow\ p'\ =\ D\ -\ p$

$\dfrac{1}{f}\ =\ \dfrac{1}{p}\ +\ \dfrac{1}{p'}\ =\ \dfrac{1}{p}\ +\ \dfrac{1}{D - p}$

$p^2\ -\ Dp\ +\ Df\ =\ 0$

Para determinar quantas imagens nítidas serão formadas, basta analisar quantas soluções terá a equação polinomial do segundo grau em $p$.

$\Delta\ =\ D^2 - 4Df$

Para termos duas imagens nítidas, teremos que $D\ >\ 4f$. Para termos uma única imagem nítida, teremos que $D\ =\ 4f$. Para não termos imagens nítidas, teremos que $D\ <\ 4f$.

Exercício: produto de matrizes #2.

Sendo A, B e C matrizes, tais que $C\ =\ A\ \cdot\ B$, com:

$A\ =\ (a_{i j})_{2 \times 3},\ a_{i j}\ =\ i^2 + j^2$;
$B\ =\ (b_{i j})_{3 \times 4},\ b_{i j}\ =\ 2i + j$;
$C\ =\ (c_{i j})$.

Determine os elementos $c_{2 3} $ e $ c_{3 4}$ da matriz $C$.

Resolução :

Por definição, o elemento $c_{2 3}$ será $P\ =\ \sum_{k = 1}^3 (a_{2 k}\ \cdot\ b_{k 3})$.

$P\ =\ \sum_{k = 1}^3 [(2^2 + k^2)\ \cdot\ (2k + 3)]\ =\ 5\ \cdot\ 5\ +\ 8\ \cdot\ 7\ +\ 13\ \cdot\ 9$

$P\ =\ 25\ +\ 56\ +\ 117\ =\ 198$

Exercício: atraso na dilatação térmica de um relógio de pêndulo.

(Unisa-SP) Um relógio é controlado por um pêndulo que marca corretamente os segundos a $20 ^\circ C$. O pêndulo é feito de um material cujo coeficiente de dilatação linear é $16\ \cdot\ 10^{-6}\ ^\circ C^{-1}$. Quando a temperatura é mantida a $30\ ^\circ C$, qual o atraso do relógio em uma semana?

Resolução :

O período de um pêndulo que oscila em ângulos pequenos é dado aproximadamente por $T\ =\ 2\pi \sqrt{\dfrac{L}{g}}$, onde $L$ é seu comprimento e $g$ é a aceleração da gravidade local.

Sabemos também que, do teorema da dilatação térmica, $L\ =\ L_0 (1 + \alpha \Delta \theta)$.

Para os dados do enunciado, teremos $L\ =\ L (1 + 16\ \cdot\ 10^{-6}\ \cdot\ 10)\ =\ L\ \cdot\ 1,00016$.

Assim, se o comprimento será multiplicado por $1,00016$, o período do pêndulo será multiplicado por $\sqrt{1,00016}\ \approx\ 1,000080$.

Como em uma semana temos $7\ \cdot\ 24\ \cdot\ 3600\ =\ 604800$ segundos, o relógio com o pêndulo dilatado marcará $\dfrac{604800}{1,000080}\ \approx\ 604752$ segundos, dando uma diferença, considerando as aproximações, de $48$ segundos.

Exercício: número de vasos capilares.

Em um ser humano adulto, a artéria aorta tem raio interno aproximadamente igual a $1,0\ cm$, e o sangue passa por ela com velocidade média igual a $30\ \dfrac{cm}{s}$. Em um vaso capilar o raio interno é aproximadamente igual a $4,0\ \cdot\ 10^{-4}\ cm$, e a velocidade do sangue é aproximadamente igual a $5,0\ \cdot\ 10^{-2}\ \dfrac{cm}{s}$. Calcule a ordem de grandeza do número de vasos capilares.

Resolução :

A vazão na aorta será :

$\Phi_a\ =\ A_a\ \cdot\ v_a\ =\ (1,0)^2\ \cdot\ \pi\ \cdot\ 30\ =\ 30 \pi\ \dfrac{cm^3}{s}$

A vazão em um capilar será :

$\Phi_c\ =\ A_c\ \cdot\ v_c\ =\ (4,0\ \cdot\ 10^{-4})^2\ \cdot\ \pi\ \cdot\ 5,0\ \cdot\ 10^{-2}\ =$

$=\ 8 \pi\ \cdot\ 10^{-9}\ \dfrac{cm^3}{s}$

Chamemos de $n$ o número de capilares. Como a vazão da aorta se distribui para todos os capilares, teremos :

$\Phi_a\ =\ n\ \cdot\ \Phi_c$

$30 \pi\ =\ n\ \cdot\ 8 \pi \cdot\ 10^{-9}$

$n\ =\ 3,75\ \cdot\ 10^9$

Logo a ordem é de bilhões de vasos capilares em um humano adulto.

Demonstração: $f$ crescente se $f^{-1}$ também crescente.

Seja $f$ uma função real de variável real e inversível.

Se $f$ é crescente, teremos :

Sejam $x_2 , x_1\ \in\ Dom(f)$:

$x_2 > x_1\ \Leftrightarrow\ f(x_2) > f(x_1)$

$f^{-1}[f(x_2)] > f^{-1}[f(x_1)]\ \Leftrightarrow\ f(x_2) > f(x_1)$

Assim, se $f$ é crescente, $f^{-1}$ também o é, e, reciprocramente, se $f$ é decrescente, $f^{-1}$ também o é.

Exercício: resolver $x=\sqrt{5-\sqrt{5-x}}$.

Observemos que se tomarmos $x\ =\ \sqrt{5-x}$, e substituindo $x$ no segundo membro da identidade, obteremos a equação a qual desejamos solucionar.

Assim :

$x^2 = 5 - x$

$x\ =\ \dfrac{-1 + \sqrt{21}}{2}\ \vee\ x\ =\ \dfrac{-1 - \sqrt{21}}{2}$

Observemos que na equação original, ambos os valores encontrados de $x$ satisfazem as condições. Logo:

$S\ =\ \{\dfrac{-1 + \sqrt{21}}{2}\ ,\ \dfrac{-1 - \sqrt{21}}{2}\}$
_____

Questão resolvida por Leandro Goulart Pereira [http://www.facebook.com/leandro.goulartpereira].

Exercício: número de algarismos de uma potência.

(Fuvest-SP) Seja $x\ =\ 2^{1000}$. Sabendo que $\log_{10} 2$ é aproximadamente $0,30103$, qual o número de algarismos de $x$?

Resolução :

$\log_{10} 2\ = 0,30103 + m_1$, onde $-5\ \cdot\ 10^{-6}\ \le\ m_1\ <\ 5\ \cdot\ 10^{-6}$

$1000\ \cdot\ \log_{10} 2\ =\ 301,06 + m_2$, onde $-5\ \cdot\ 10^{-3}\ \le\ m_2\ <\ 5\ \cdot\ 10^{-3}$

$\log_{10} 2^{1000}\ =\ 301,06 + m_2$

$2^{1000}\ =\ 10^{301,06 + m_2}\ =\ 10^{301}\ \cdot\ 10^{m_3}$, onde $0\ <\ m_3\ <\ 1$

Como $1\ <\ 10^{m_3}\ < 10$, $x$ terá $301 + 1\ =\ 302$ algarismos.

Exercício: mensagem de erro na calculadora.

(Fuvest-SP) Presionando a tecla LOG de uma calculadora, aparece no visor o logaritmo decimal do número que estava antes no visor. Digita-se inicialmente o número 88888888 (oito oitos). Quantas vezes a tecla LOG precisa ser pressionada para que apareça mensagem de erro?

Resolução :

$88888888\ =\ 8,8888888\ \cdot\ 10^7$

$\log\ (8,8888888\ \cdot\ 10^7)\ =\ 7 + m_1$, onde $0\ <\ m_1\ <\ 1$

$\log\ (7 + m_1)\ =\ 0 + m_2$, onde $0\ <\ m_2\ <\ 1$

$\log\ m_2\ <\ 0$

Ao extrair o logaritmo de um número negativo, receberemos a mensagem de erro. Logo o número que a tecla LOG deve ser pressionada é $4$.

Exercício: logaritmos #6.

(Fuvest-SP) Sabendo-se que $5^p\ =\ 2$, qual o valor de $\log_2 100$?

Resolução:

$p\ =\ \log_5 2\ \Rightarrow\ \log_2 5\ =\ \dfrac{1}{p}$

$\log_2 100\ =\ \log_2 (2^2\ \cdot\ 5^2)\ =\ 2\ \cdot\ [(\log_2 2) + (\log_2 5)]\ =$

$=\ 2\ \cdot\ (1 + \dfrac{1}{p})\ =\ \dfrac{2p + 2}{p}$

Exercício: logaritmos #5.

(MACK-SP) Qual o valor de $\log_{\sqrt{2}} (\log_3 2\ \cdot\ \log_4 3)$?

Resolução :

$\log_{\sqrt{2}} (\log_3 2\ \cdot\ \log_4 3)\ =\ \log_{2^\dfrac{1}{2}} (\log_3 2\ \cdot\ \log_{2^2} 3)\ =$

$=\ 2\ \cdot\ \log_2 (\log_3 2\ \cdot\ \dfrac{\log_2 3}{2})\ =\ 2\ \cdot\ \log_2 (\dfrac{\log_3 3}{2})\ =\$

$=\ 2\ \cdot\ \log_2 \dfrac{1}{2}\ =\ -2$

Exercício: logaritmos #4.

(Cesgranrio-RJ) Quais os valores reais de $x$ para os quais $10^{\log_a (x^2 - 3x + 2)}\ =\ 6^{\log_a 10}$, onde $a\ >\ 0 $ e $ a\ \neq\ 1$?

Resolução :

$\log_a (x² - 3x + 2)\ =\ \log\ 6^{\log_a 10}\ =\ (\log_a 10)(\log\ 6)$

$x^2 - 3x + 2\ =\ 10^{\log\ 6}\ =\ 6$

$(x\ =\ 4) \vee\ (x\ =\ -1)$

Exercício: logaritmos #3.

(Fuvest-SP) Se $x^5\ =\ 1000$ e $b^3\ =\ 100$, então qual o valor do logaritmo de $x$ na base $b$?

Resolução :

$x\ =\ 10^\dfrac{3}{5}$

$b\ =\ 10^\dfrac{2}{3}$

$\log_b x\ =\ \dfrac{3}{5}\ \cdot\ \dfrac{3}{2}\ \cdot\ \log\ 10\ =\ 0,9$

Exercício: equação exponencial #2.

(MACK-SP) A solução real da equação $4^x + 6^x\ =\ 2\ \cdot\ 9^x$ está no intervalo:

a) $-1\ \le\ x\ \le\ 1$.

b) $2\ \le\ x\ \le\ 3$.

c) $3\ \le\ x\ \le\ 4$.

d) $-4\ \le\ x\ \le\ -3$.

e) $20\ \le\ x\ \le 30$.

Resolução:

Façamos a transformação $p\ =\ 2^x$ e $q\ =\ 3^x$:

$p^2 + pq\ =\ 2q^2$

$p^2 + qp - 2q^2\ =\ 0$

Resolvendo a equação em $p$ :

$(p\ =\ -2q)\ \vee\ (p\ =\ q)$

Primeiro caso :

$2^x\ =\ -2\ \cdot\ 3^x$

$2^{x - 1}\ =\ 3^{-x}$

$\log_2 (3^{-x})\ =\ x - 1$

$(-x)\ \cdot\ log_2 3\ =\ x - 1$

$x [(\log_2 3) + 1]\ =\ 1$

$x\ =\ \dfrac{1}{(\log_2 3) + 1}$

Como $(\log_2 3) + 1\ >\ 1$ então $0\ <\ x\ <\ 1$
__

Segundo caso :

$2^x\ =\ 3^x$

Donde :

$x\ =\ 0$

Logo, a alternativa correta é a A.

Exercício: ponto crítico de uma função exponencial.

(Vunesp-SP) Dada a expressão $(\dfrac{1}{2})^{4x - x^2}$, então:

a) O maior valor da expressão é $4$..

b) O menor valor da expressão é $\dfrac{1}{4}$.

c) O maior valor da expressão é $\dfrac{1}{4}$.

d) O maior valor da expressão é $\dfrac{1}{16}$.

e) O menor valor da expressão é $\dfrac{1}{16}$.

Resolução:

A expressão assumirá um valor máximo ou mínimo de acordo com seu expoente.

$4x - x^2$ terá um máximo absoluto, este que será $-\dfrac{16}{-4}\ =\ 4$.

Assim, por $0\ <\ \dfrac{1}{2}\ <\ 1$, $(\dfrac{1}{2})^4\ =\ \dfrac{1}{16}$ será mínimo.

A alternativa correta é a E.

Exercício: áreas na função logaritmica.

(Vunesp-SP) A curva da figura representa o gráfico da função $y\ =\ \log_a x$ com $a\ >\ 1$. Dos pontos $B\ =\ (2\ ,\ 0)$ e $C\ =\ (4\ ,\ 0)$ saem perpendiculares ao eixo das abscissas, as quais interceptam a curva em $D$ e $E$, respectivamente. Se a área do trapézio retangular $BCED$ vale $3$, provar que a área do triângulo $ABD$, onde $A\ =\ (1\ ,\ 0)$, vale $\dfrac{1}{2}$.



Resolução:

Primeiramente calculemos as ordenadas de $D$ e $E$:

$D\ =\ (2\ ,\ \log_a 2)$

$E\ =\ (4\ ,\ \log_a 4)$

Calculemos a área $S_1$ do trapézio:

$S_1\ =\ \dfrac{(\log_a 2 + \log_a 2^2)\ \cdot\ (4 - 2)}{2}\ =\ 3\log_a 2$

Como $S_1\ =\ 3$, temos:

$\log_a 2\ =\ 1\ \Rightarrow\ a\ =\ 2$

Então $D\ =\ (2\ ,\ 1)$

Logo a área $S_2$ do triângulo será :

$S_2\ =\ \dfrac{(2 - 1)\ \cdot\ 1}{2}\ =\ \dfrac{1}{2}$.

Exercício: equação mista.

(Fuvest-SP) A equação $2^x\ =\ -3x + 2$, com $x$ real:

a) Não tem solução.

b) Tem uma única solução entre $0$ e $\dfrac{2}{3}$.

c) Tem uma única solução entre $-\dfrac{2}{3}$ e $0$.

d) Tem duas soluções, sendo uma positiva e outra negativa.

e) Tem mais de duas soluções.

Resolução:

Como estamos lidando com funções mistas: uma exponencial e outra afim, vamos analisar cada uma individualmente.

$2^x$ será sempre positiva. Consequentemente devemos encontrar os valores de $x$ para os quais $-3x + 2$ seja positiva.

$x\ <\ \dfrac{2}{3}$

Observemos que se $x\ =\ 0$, $2^x\ =\ 1 $ e $ -3x + 2\ =\ 2$, e como a primeira é crescente e a segunda é decrescente para todo $x\ >\ 0$, elas se tocarão em um único ponto. E pela condição [1], concluímos que a equação dada terá uma única solução entre $0$ e $\dfrac{2}{3}$

A alternativa correta é a B.

Exercício: função exponencial.

(Vunesp-SP) Seja $p\ >\ 0$, $p\ \neq\ 1$, um número real. Dada a relação $\dfrac{p^{-y}}{1 + p^{-y}}\ =\ x$, determinar $y$ em função de $x$ e o domínio da função assim definida.

Resolução :

$\dfrac{1 + p^{-y}}{p^{-y}}\ =\ \dfrac{1}{x}$

$p^y + 1\ =\ \dfrac{1}{x}$

$y\ =\ \log_p \dfrac{1 - x}{x}$

Se $y$ é função real, $\dfrac{1 - x}{x}$ deve ser positivo.

$x\ >\ 0\ \wedge\ 1 - x\ >\ 0\ \Rightarrow\ 0\ <\ x\ <\ 1$

$x\ <\ 0\ \wedge\ 1 - x\ <\ 0\ \Rightarrow\ \nexists\ x$

Logo $D_y\ =\ ]0\ ,\ 1[$.

Exercício: logaritmos #2.

(EFEI-MG) Se $\log_a x\ =\ P$, $\log_b x\ =\ Q$ e $\log_{abc} x\ =\ R$, determine $\log_c x$ em função de $P$, $Q$ e $R$.

Consideremos inicialmente $x\ \neq\ 1$, então:

$\log_x a\ =\ \dfrac{1}{P}$

$\log_x b\ =\ \dfrac{1}{Q} $

$\log_x abc\ =\ \dfrac{1}{R}$

E chamando $\log_c x\ =\ S$

$\log_x c\ =\ \dfrac{1}{S}$

Teremos:

$(\log_x a) + (\log_x b) + (\log_x c)\ =\ \dfrac{1}{P} + \dfrac{1}{Q} + \dfrac{1}{S}\ =\ \log_x abc\ =\ \dfrac{1}{R}$

Donde:

$\dfrac{1}{S}\ =\ \dfrac{PQ - PR - QR}{PQR}\ \Rightarrow\ S\ =\ \dfrac{PQ - PR - QR}{PQR}$
__

E para $x\ =\ 1$:

$\log_c x\ =\ 0$

Exercício: logaritmos.

(Vunesp-SP) Sejam $a$ e $b$ números reais maiores que zero e tais que $ab\ =\ 1$. Se $a\ \neq\ 1$ e $\log_a x\ =\ \log_b y$, determine o valor de $xy$.

Resolução:

Observemos que se $a\ \neq\ 1$ também teremos $b\ \neq\ 1$, o que garante a existência de $\log_b y$.

Se $ab\ =\ 1$ então $b\ =\ \dfrac{1}{a}$, assim:

$\log_a x\ =\ \log_\dfrac{1}{a} y$

$\log_a x\ =\ \log_a \dfrac{1}{y}$

Donde :

$x\ =\ \dfrac{1}{y}\ \Rightarrow\ xy\ =\ 1$

Exercício: difusão de uma notícia.

(Fuvest-SP) Em um certo país com população $A$ (em milhões de habitantes) é noticiada pela TV com implantação de um novo plano econômico pelo governo. O número de pessoas que já sabiam da notícia após $t\ \ge\ 0$ horas é dado por $f(t)\ =\ \dfrac{A}{1 + 4e^{-\dfrac{A}{2}t}}$.

Sabe-se também que decorrida $1$ hora da divulgação do plano $50\%$ da população já estava ciente da notícia.

a) Qual a porcentagem da população que tomou conhecimento do plano no instante em que foi noticiado?

b) Qual a população do país?

c) Após quanto tempo $80\%$ da população estava ciente do plano?

Resolução :

a)

No instante em que a notícia foi divulgada, $t\ =\ 0$. Logo :

$f(0)\ =\ \dfrac{A}{1 + 4e^{-\dfrac{A}{2}\ \cdot\ 0}}\ =$

$=\ \dfrac{A}{1 + 4e^0}\ =\ \dfrac{A}{1 + 4}\ =\ \dfrac{A}{5}\ =\ 20\ \%\ \cdot\ A$
__

b)

$50\ \%$ da população já sabia da notícia $1$ hora após sua divulgação, logo :

$f(1)\ =\ \dfrac{A}{2}\ =\ \dfrac{A}{1 + 4e^{-\dfrac{A}{2}}}$

$\dfrac{1}{2}\ =\ \dfrac{1}{1 + 4e^{-\dfrac{A}{2}}}$

$1\ =\ 4e^{-\dfrac{A}{2}}$

$\dfrac{1}{4}\ =\ e^{-\dfrac{A}{2}}$

$\ln\ \dfrac{1}{4}\ =\ -\dfrac{A}{2}$

$\dfrac{A}{2}\ =\ 2\ln\ 2$

$A\ =\ 4\ln\ 2$
__

c)

$\ 80\%\ \cdot\ A\ =\ \dfrac{A}{1 + 4e^{-\dfrac{A}{2}t}}$

$\dfrac{4}{5}\ =\ \dfrac{1}{1 + 4e^{-\dfrac{A}{2}t}}$

$4e^{-\dfrac{A}{2}t}\ =\ \dfrac{1}{4}$

$\ln\ \dfrac{1}{16}\ =\ -\dfrac{A}{2}t$

Como $A\ =\ 4\ln\ 2$:

$\ln\ \dfrac{1}{16}\ =\ -\dfrac{4\ln\ 2}{2}t$

$-4\ln\ 2\ =\ -2(\ln\ 2)\ \cdot\ t$

$t\ =\ 2$ horas.

Exercício: escala Richter.

(Fuvest-SP) A intensidade $I$ de um terremoto, medida na escala Richter, é um número que varia de $I\ =\ 0$ até $I\ =\ 8,5$ para o maior terremoto conhecido. $I$ é dado pela fórmula :

$I\ =\ \dfrac{2}{3}\log_{10} \dfrac{E}{E_0}$,

Onde $E$ é a energia liberada no terremoto em quilowatt-hora e $E_0\ =\ 7\ \cdot\ 10^{-3}\ kWh$.

a) Qual a energia liberada num terremoto de intensidade $8$ na escala Richter?

b) Aumentando de uma unidade a intensidade do terremoto, por quanto fica multiplicada a energia liberada?

Resolução:

a)

$8\ =\ \dfrac{2}{3}\log_{10} \dfrac{E}{E_0}$

$12\ =\ \log_{10} \dfrac{E}{E_0}$

$10^{12}\ =\ \dfrac{E}{E_0}$

$E\ =\ 7\ \cdot\ 10^{-3}\ \cdot\ 10^{12}\ =\ 7\ \cdot\ 10^9\ kWh$
__

b)

$I + 1\ =\ \dfrac{2}{3}\log_{10} \dfrac{E}{E_0} + 1\ =$

$=\ \dfrac{2}{3}\log_{10} \dfrac{E}{E_0} + \log_{10} 10\ =$

$=\ \dfrac{2}{3}\log_{10} \dfrac{E}{E_0} + \dfrac{2}{3}\ \cdot\ \dfrac{3}{2}\log_{10} 10\ =$

$=\ \dfrac{2}{3}\log_{10} \dfrac{E}{E_0} + \dfrac{2}{3}\ \cdot\ \log_{10} \sqrt{1000}\ =$

$=\ \dfrac{2}{3}(\log_{10} \dfrac{E}{E_0} + \log_{10} \sqrt{1000})\ =$

$=\ \dfrac{2}{3}\log_{10} \dfrac{E\ \cdot\ \sqrt{1000}}{E_0}$

Ou seja, a energia liberada fica multiplicada pelo fator $10\sqrt{10}$.

Exercício: equação exponencial #3.

Mostre que a equação $e^x + e^{-x} - 3 = 0$ tem duas raízes reais simétricas $x\ =\ a$ e $x\ =\ -a$. Mostre, ainda, que $e^{3a} + e^{-3a}\ =\ 18$.

Resolução:

Primeiramente vamos demonstrar que $e^x + e^{-x} - 3 = 0$ admite uma raiz $a$.

Observemos que para $x\ =\ 0$, $e^0 + e^0 - 3\ =\ -1$, e que quando $x \mapsto\ +\infty$, $e^x + e^{-x} - 3$ tende a infinito. Logo $e^x + e^{-x} - 3$, por ser contínua, necessariamente possui uma ordenada nula.

Observemos agora que, se $a$ é raiz, $e^a + e^{-a} - 3 = e^{-a} + e^a - 3$.

Assim $e^x + e^{-x} - 3 = 0$ possui raízes $a$ e $-a$.

Observemos agora que:

$e^a + e^{-a} = 3$

$(e^a + e^{-a})^3 = 27$

$e^{3a} + 3 e^{2a} e^{-a} + 3 e^a e^{-2a} + e^{-3a}\ =\ 27$

$e^{3a} + e^{-3a} + 3(e^a + e^{-a})\ =\ 27$

$e^{3a} + e^{-3a} + 3\ \cdot\ 3\ =\ 27$

$e^{3a} + e^{-3a}\ =\ 27 - 9\ =\ 18$

Exercício: aplicação financeira.

(Fuvest-SP) Um certo tipo de aplicação duplica o capital em dois meses.

a) Qual a taxa mensal de juros?

b) Em quantos meses a aplicação renderá $700\%$ de juros?

Resolução :

Chamemos de $C$ o capital inicial.

a)

$2C\ =\ C(1 + i)^2$

$2\ =\ i^2 + 2i + 1$

Como $i$ deve ser positivo:

$i\ =\ \sqrt{2} - 1\ \approx\ 41\ \%$
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b)

$8C\ =\ C(1 + \sqrt{2} - 1)^t$

$2^3\ =\ 2^\dfrac{t}{2}$

$t\ =\ 6$ meses.