Função afim e função quadrática

Na postagem anterior, estudamos o conceito de função e diferentes formas de representá-la.

Agora vamos aprofundar dois tipos importantes de função: função afim e função quadrática.

A função afim possui gráfico representado por uma reta. Já a função quadrática possui gráfico representado por uma parábola.

Habilidade da BNCC

EF09MA06: compreender as funções como relações de dependência unívoca entre duas variáveis e suas representações numérica, algébrica e gráfica e utilizar esse conceito para analisar situações que envolvam relações funcionais entre duas variáveis.

1. Função afim

Uma função afim pode ser escrita na forma:

\[ f(x)=ax+b \]

em que \(a\) e \(b\) são números reais.

O número \(a\) é chamado de coeficiente angular e o número \(b\) de coeficiente linear.

Exemplo resolvido 1. Considere:

\[ f(x)=3x+2 \]

Temos:

\[ a=3,\qquad b=2 \]

Portanto, essa é uma função afim.

Exemplo resolvido 2. Considere:

\[ f(x)=-2x+5 \]
\[ a=-2,\qquad b=5 \]

2. Casos particulares da função afim

Quando \(b=0\), temos uma função do tipo:

\[ f(x)=ax \]

frequentemente chamada de função linear.

Quando \(a=0\), temos:

\[ f(x)=b \]

Nesse caso, a função é constante.

3. Construindo o gráfico de uma função afim

Considere:

\[ f(x)=2x+1 \]
\(x\)\(f(x)\)
-2-3
-1-1
01
13
25

Os pares ordenados são:

\[ (-2,-3),\quad(-1,-1),\quad(0,1),\quad(1,3),\quad(2,5) \]

Ao representarmos esses pontos no plano cartesiano, eles ficam alinhados. O gráfico de uma função afim é uma reta.

−3 −2 −1 0 1 2 3 −3 −2 −1 0 1 2 3 4 5 x y f(x)=2x+1

Gráfico da função afim \(f(x)=2x+1\): os pontos da tabela pertencem exatamente à reta.

4. O coeficiente linear

Considere:

\[ f(x)=2x+4 \]

Quando \(x=0\):

\[ f(0)=4 \]

Portanto, o gráfico passa pelo ponto:

\[ (0,4) \]

Assim, na função \(f(x)=ax+b\), o coeficiente \(b\) indica onde a reta cruza o eixo \(y\).

Exemplo resolvido 3. Na função

\[ f(x)=-3x+6 \]

temos \(b=6\). Logo, o gráfico cruza o eixo \(y\) em:

\[ (0,6) \]

5. Crescimento e decrescimento da função afim

O sinal do coeficiente \(a\) ajuda a identificar o comportamento da função.

Se \(a>0\), a função é crescente.

Se \(a<0\), a função é decrescente.

Exemplo resolvido 4.

\[ f(x)=3x-1 \]

Como \(a=3>0\), a função é crescente.

Exemplo resolvido 5.

\[ g(x)=-4x+7 \]

Como \(a=-4<0\), a função é decrescente.

6. Zero de uma função afim

O zero da função é o valor de \(x\) para o qual:

\[ f(x)=0 \]

Considere:

\[ f(x)=2x-6 \]
\[ 2x-6=0 \]
\[ x=3 \]

Graficamente, a reta cruza o eixo \(x\) no ponto \((3,0)\).

Exemplo resolvido 6. Determine o zero de:

\[ f(x)=-3x+12 \]
\[ -3x+12=0 \]
\[ x=4 \]
▶ Pratique 1 — Função afim

1. Identifique \(a\) e \(b\) em \(f(x)=5x-3\).

2. Identifique \(a\) e \(b\) em \(f(x)=-2x+7\).

3. Determine se \(f(x)=4x+1\) é crescente ou decrescente.

4. Determine se \(g(x)=-5x+9\) é crescente ou decrescente.

5. Determine o zero da função \(f(x)=3x-12\).

6. Uma corrida de táxi é representada por \(C(x)=4x+7\), em que \(x\) é a quantidade de quilômetros. Identifique o significado dos números 4 e 7.

7. Uma empresa possui custo dado por \(C(x)=20x+500\). Determine o custo para 30 unidades produzidas.

8. A temperatura de uma substância é dada por \(T(t)=80-4t\). Determine a temperatura após 10 minutos e diga se a função é crescente ou decrescente.

9. Uma pessoa está a 240 km de seu destino e se aproxima dele a 60 km/h. Represente a distância restante por uma função e determine seu zero.

10. Escreva uma função afim crescente cujo coeficiente linear seja 5.

7. Função quadrática

Uma função quadrática pode ser escrita na forma:

\[ f(x)=ax^2+bx+c \]

com \(a\neq0\).

Exemplo resolvido 7. Considere:

\[ f(x)=2x^2-3x+1 \]
\[ a=2,\qquad b=-3,\qquad c=1 \]

8. O gráfico da função quadrática

O gráfico de uma função quadrática é uma curva chamada parábola.

Considere:

\[ f(x)=x^2 \]
\(x\)\(f(x)\)
-39
-24
-11
00
11
24
39
−3 −2 −1 0 1 2 3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 x y f(x)=x²

Gráfico da função quadrática \(f(x)=x^2\): todos os pontos da tabela pertencem exatamente à parábola.

9. Concavidade da parábola

O sinal do coeficiente \(a\) determina o sentido da concavidade.

Se \(a>0\), a parábola possui concavidade voltada para cima.

Se \(a<0\), a parábola possui concavidade voltada para baixo.

Exemplo resolvido 8.

\[ f(x)=2x^2-4x+1 \]

Como \(a=2>0\), a concavidade é voltada para cima.

Exemplo resolvido 9.

\[ g(x)=-x^2+6x-5 \]

Como \(a=-1<0\), a concavidade é voltada para baixo.

10. Zeros da função quadrática

Os zeros da função quadrática são os valores de \(x\) para os quais \(f(x)=0\).

\[ f(x)=x^2-5x+6 \]
\[ x^2-5x+6=0 \]
\[ (x-2)(x-3)=0 \]
\[ x=2\quad\text{ou}\quad x=3 \]

Os pontos em que a parábola cruza o eixo \(x\) são \((2,0)\) e \((3,0)\).

Relação com o discriminante:

Se \(\Delta>0\), existem dois zeros reais diferentes.

Se \(\Delta=0\), existe um zero real duplo.

Se \(\Delta<0\), não existem zeros reais.

11. O vértice da parábola

A coordenada \(x\) do vértice é:

\[ x_v=-\frac{b}{2a} \]

Depois, calculamos:

\[ y_v=f(x_v) \]

Assim:

\[ V=(x_v,y_v) \]

Exemplo resolvido 10. Considere:

\[ f(x)=x^2-6x+5 \]
\[ x_v=-\frac{-6}{2\cdot1}=3 \]
\[ y_v=f(3)=9-18+5=-4 \]
\[ V=(3,-4) \]

12. Valor máximo e valor mínimo

Se \(a>0\), o vértice representa um ponto de mínimo.

Se \(a<0\), o vértice representa um ponto de máximo.

Exemplo resolvido 11. Considere:

\[ f(x)=-x^2+8x \]
\[ x_v=-\frac{8}{2(-1)}=4 \]
\[ f(4)=-16+32=16 \]

Portanto:

\[ V=(4,16) \]

O valor máximo da função é 16.

▶ Pratique 2 — Função quadrática

1. Identifique \(a\), \(b\) e \(c\) em \(f(x)=3x^2-5x+2\).

2. Determine a concavidade de \(f(x)=4x^2+2x-1\).

3. Determine a concavidade de \(g(x)=-2x^2+6x+3\).

4. Determine os zeros de \(f(x)=x^2-7x+12\).

5. Determine os zeros de \(f(x)=x^2-4x+4\).

6. Uma parábola é dada por \(f(x)=x^2-8x+7\). Determine \(x_v\).

7. Determine o vértice de \(f(x)=x^2-4x+3\).

8. Uma bola é lançada e sua altura é dada por \(h(t)=-t^2+6t\). Determine o instante em que a bola atinge a altura máxima.

9. Para a função \(f(x)=-x^2+10x\), determine o valor máximo.

10. Uma função quadrática possui \(a>0\). Explique o que isso permite concluir sobre sua concavidade e seu vértice.

13. Comparando função afim e função quadrática

Característica Função afim Função quadrática
Forma algébrica\(ax+b\)\(ax^2+bx+c\)
GráficoRetaParábola
Zero(s)Geralmente umPode ter nenhum, um ou dois
ComportamentoCrescente ou decrescentePode apresentar máximo ou mínimo
Elementos de destaque\(a\), \(b\), zeroCoeficientes, zeros, vértice e concavidade

14. Construindo o gráfico de uma função quadrática

Considere:

\[ f(x)=x^2-4 \]
\(x\)\(f(x)\)
-35
-20
-1-3
0-4
1-3
20
35

Os zeros são \(x=-2\) e \(x=2\). O vértice é \(V=(0,-4)\).

Exemplo resolvido 12. Considere:

\[ f(x)=-x^2+4 \]
\(x\)\(f(x)\)
-20
-13
04
13
20

Os zeros são \(x=-2\) e \(x=2\). O vértice é \(V=(0,4)\). Como \(a=-1<0\), o valor máximo é 4.

15. Eixo de simetria

Toda parábola possui um eixo de simetria que passa pelo vértice:

\[ x=x_v \]
\[ x=-\frac{b}{2a} \]

Exemplo resolvido 13. Considere:

\[ f(x)=x^2-6x+5 \]

Como \(x_v=3\), o eixo de simetria é:

\[ x=3 \]

Além disso:

\[ f(2)=f(4)=-3 \]

16. Interpretando os zeros graficamente

Os zeros de uma função são os pontos em que seu gráfico encontra o eixo \(x\).

Na função afim \(f(x)=2x-6\), o zero é \(x=3\).

Na função quadrática \(f(x)=x^2-5x+6\), os zeros são \(x=2\) e \(x=3\).

17. Quando a função quadrática não possui zeros reais

Considere:

\[ f(x)=x^2+4 \]

Para encontrar os zeros:

\[ x^2+4=0 \]
\[ x^2=-4 \]

Não existe número real cujo quadrado seja \(-4\). Portanto, a parábola não cruza o eixo \(x\).

18. Máximo e mínimo em situações-problema

Exemplo resolvido 14 — Altura máxima. A altura de uma bola, em metros, é dada por:

\[ h(t)=-5t^2+20t+1 \]
\[ t_v=-\frac{20}{2(-5)}=2 \]
\[ h(2)=-5(2)^2+20(2)+1=21 \]

A bola atinge a altura máxima de 21 m após 2 s.

Exemplo resolvido 15 — Área máxima. Um retângulo possui perímetro de 40 m.

\[ A(x)=x(20-x) \]
\[ A(x)=-x^2+20x \]
\[ x_v=10 \]
\[ A(10)=100 \]

A área máxima é 100 m².

19. Função afim em situações-problema

Exemplo resolvido 16 — Corrida de táxi.

Uma corrida possui bandeirada de R$ 8,00 mais R$ 3,50 por quilômetro rodado.

\[ C(x)=3{,}5x+8 \]
\[ C(12)=3{,}5\cdot12+8=50 \]

Valor da corrida: R$ 50,00.

Exemplo resolvido 17 — Salário com comissão.

Um vendedor recebe salário fixo de R$ 1.500,00 mais R$ 25,00 por produto vendido.

\[ S(x)=1500+25x \]
\[ S(40)=2500 \]

Salário: R$ 2.500,00.

20. Estudo do sinal da função afim

Considere:

\[ f(x)=2x-6 \]

Seu zero é \(x=3\).

Se \(x<3\), então \(f(x)<0\).

Se \(x=3\), então \(f(x)=0\).

Se \(x>3\), então \(f(x)>0\).

21. Estudo do sinal da função quadrática

Considere:

\[ f(x)=x^2-5x+6 \]

Os zeros são \(x=2\) e \(x=3\), e a concavidade é voltada para cima.

Assim:

\[ f(x)>0\quad\text{quando}\quad x<2\ \text{ou}\ x>3 \]
\[ f(x)=0\quad\text{quando}\quad x=2\ \text{ou}\ x=3 \]
\[ f(x)<0\quad\text{quando}\quad 2<x<3 \]
▶ Pratique 3 — Gráficos, zeros, vértice e aplicações

1. Determine o zero de \(f(x)=5x-20\).

2. Determine o ponto em que \(f(x)=-2x+8\) cruza o eixo \(y\).

3. Determine o eixo de simetria de \(f(x)=x^2-8x+7\).

4. Determine o vértice de \(f(x)=x^2-6x+5\).

5. Para \(f(x)=-x^2+4x+5\), determine se o vértice representa máximo ou mínimo.

6. Uma empresa cobra R$ 200,00 de taxa fixa mais R$ 30,00 por serviço realizado. Escreva a função do custo e determine o custo de 15 serviços.

7. A altura de um objeto é dada por \(h(t)=-2t^2+8t+3\). Determine o instante em que o objeto atinge a altura máxima.

8. A área de um terreno retangular é dada por \(A(x)=-x^2+18x\). Determine a área máxima.

9. Uma função quadrática possui zeros em \(x=2\) e \(x=6\). Determine a coordenada \(x\) do eixo de simetria.

10. A função \(f(x)=x^2-4x+3\) é positiva, negativa ou nula para \(x=2\)? Justifique por cálculo.

22. Erros frequentes

1. Confundir função afim com função quadrática.

2. Esquecer que \(a\neq0\) na função quadrática.

3. Confundir o coeficiente linear com o zero da função.

4. Confundir \(x_v\) com \(y_v\).

5. Achar que toda parábola possui dois zeros reais.

6. Confundir concavidade com crescimento.

23. Síntese

Na função afim \(f(x)=ax+b\), o gráfico é uma reta. O sinal de \(a\) indica se a função é crescente ou decrescente, \(b\) indica onde a reta cruza o eixo \(y\), e o zero indica onde cruza o eixo \(x\).

Na função quadrática \(f(x)=ax^2+bx+c\), o gráfico é uma parábola. O sinal de \(a\) determina a concavidade, os zeros indicam os pontos de encontro com o eixo \(x\), e o vértice representa um ponto de máximo ou mínimo.

▶ Revisão e aprofundamento — 20 questões

1. Identifique \(a\) e \(b\) em \(f(x)=7x-4\).

2. Determine se \(f(x)=-3x+5\) é crescente ou decrescente.

3. Determine o zero de \(f(x)=4x-16\).

4. Determine o ponto em que \(f(x)=5x+2\) cruza o eixo \(y\).

5. Construa uma tabela para \(f(x)=2x-1\), usando \(x=-1,0,1,2\).

6. Identifique \(a\), \(b\) e \(c\) em \(f(x)=-2x^2+5x+3\).

7. Determine a concavidade de \(f(x)=3x^2-7x+1\).

8. Determine os zeros de \(f(x)=x^2-9\).

9. Determine o vértice de \(f(x)=x^2-4x\).

10. Determine o eixo de simetria de \(f(x)=2x^2-8x+3\).

11. Uma empresa cobra R$ 50,00 de taxa fixa mais R$ 12,00 por unidade produzida. Escreva a função do custo e determine o custo de 20 unidades.

12. Um tanque possui 1.000 litros e perde 25 litros por minuto. Represente a quantidade de água por uma função afim e determine após quantos minutos o tanque ficará vazio.

13. A altura de uma bola é dada por \(h(t)=-5t^2+30t\). Determine o instante em que ela atinge a altura máxima.

14. Determine a altura máxima da bola da questão anterior.

15. A área de um retângulo é dada por \(A(x)=-x^2+24x\). Determine a área máxima.

16. Uma função quadrática possui \(a<0\). Explique o que isso permite concluir sobre a concavidade e o vértice.

17. Para \(f(x)=x^2-6x+8\), determine os zeros e indique em quais intervalos a função é positiva.

18. Para \(g(x)=-x^2+4x\), determine os zeros e indique em quais intervalos a função é positiva.

19. Explique a diferença entre o zero de uma função afim e o vértice de uma função quadrática.

20. Explique como o gráfico ajuda a compreender informações que nem sempre são percebidas imediatamente apenas pela expressão algébrica.

▶ Gabarito do Pratique 1

1. \(a=5,\ b=-3\).

2. \(a=-2,\ b=7\).

3. Crescente.

4. Decrescente.

5. \(x=4\).

6. 4 representa o valor por quilômetro e 7 a taxa fixa.

7. \(C(30)=1100\). Custo: R$ 1.100,00.

8. \(T(10)=40\) °C; função decrescente.

9. \(D(t)=240-60t\); zero em \(t=4\).

10. Exemplo: \(f(x)=2x+5\).

▶ Gabarito do Pratique 2

1. \(a=3,\ b=-5,\ c=2\).

2. Concavidade para cima.

3. Concavidade para baixo.

4. \(x=3\) ou \(x=4\).

5. \(x=2\).

6. \(x_v=4\).

7. \(V=(2,-1)\).

8. Altura máxima em 3 s.

9. Valor máximo 25.

10. Concavidade para cima e vértice de mínimo.

▶ Gabarito do Pratique 3

1. \(x=4\).

2. \((0,8)\).

3. \(x=4\).

4. \(V=(3,-4)\).

5. Máximo.

6. \(C(x)=30x+200\); \(C(15)=650\). Custo: R$ 650,00.

7. 2 s.

8. Área máxima 81.

9. \(x=4\).

10. \(f(2)=-1\); função negativa.

▶ Gabarito da revisão e do aprofundamento

1. \(a=7,\ b=-4\).

2. Decrescente.

3. \(x=4\).

4. \((0,2)\).

5. Para \(x=-1,0,1,2\), os valores são \(-3,-1,1,3\).

6. \(a=-2,\ b=5,\ c=3\).

7. Concavidade para cima.

8. \(x=-3\) ou \(x=3\).

9. \(V=(2,-4)\).

10. \(x=2\).

11. \(C(x)=12x+50\); \(C(20)=290\). Custo: R$ 290,00.

12. \(V(t)=1000-25t\); tanque vazio em 40 min.

13. 3 s.

14. 45 m.

15. Área máxima 144.

16. Concavidade para baixo e vértice de máximo.

17. Zeros 2 e 4; positiva para \(x<2\) ou \(x>4\).

18. Zeros 0 e 4; positiva para \(0<x<4\).

19. O zero é o valor de \(x\) em que a função vale zero; o vértice é o ponto de máximo ou mínimo da parábola.

20. O gráfico permite visualizar crescimento, decrescimento, zeros, concavidade e pontos de máximo ou mínimo.

Para lembrar: a função afim é representada por uma reta; a função quadrática, por uma parábola. Em ambos os casos, interpretar o gráfico é tão importante quanto realizar os cálculos algébricos.