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Funções exponencial e logarítmica

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Funções exponencial e logarítmica
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Resumo: Funções exponencial e logarítmica

Essência. Exponencial f(x) = k·aˣ: variável no expoente; a cada período o valor é multiplicado por a (juros compostos, crescimento, decaimento). Logaritmo é a inversa: "que expoente dá esse valor?".

  • Exponencial: a > 1 cresce; 0 < a < 1 decresce; aˣ > 0 sempre; f(0) = k (valor inicial).
  • Modelos: aumenta i% → C(1 + i)ᵗ; diminui i% → C(1 − i)ᵗ; dobra a cada T → C·2^(t/T); meia-vida → C·(1/2)^(t/T).
  • Definição: logₐ b = x ⇔ aˣ = b (a > 0, a ≠ 1, b > 0).
  • Propriedades: log(mn) = log m + log n; log(m/n) = log m − log n; log mⁿ = n·log m; logₐ 1 = 0; logₐ a = 1.
  • Mudança de base: logₐ b = log b / log a.
  • Valores: log 2 ≈ 0,301; log 3 ≈ 0,477; log 5 ≈ 0,699.
  • Tempo desconhecido: iguale e aplique log ou fatore na mesma base.

Exceções e distinções. N(t) = 50·2ᵗ → N(3) = 400; 50·2ᵗ = 1.600 → 2ᵗ = 32 → t = 5 h. Frota +10% ao ano dobra em ≈ 7,3 anos. Percentual constante = exponencial, não linear.

Pegadinha Cebraspe. f(x) = 350 + 150e⁻ˣ "fica abaixo de 350 após 10 anos" → errado: aproxima-se de 350 sem atingi-lo.

Lembre também: 50·2³ ≠ 50·2·3; exponencial nunca é zero ou negativa; trocar o expoente (2ᵗ⁻¹ × 2ᵗ) ou esquecer k.

Visão geral

Exponencial: f(x) = k·aˣ (a > 0, a ≠ 1) — a variável está no expoente; a cada unidade de x o valor é multiplicado por a (crescimento populacional, juros compostos, decaimento). Logarítmica: f(x) = logₐ x — inversa da exponencial; responde "que expoente dá esse valor?".

Regra

Exponencial

  • a > 1: crescente; 0 < a < 1: decrescente.
  • Imagem sempre positiva: aˣ > 0 para todo x real; f(0) = k (valor inicial).
  • "Dobra a cada período" → k·2ᵗ; "cai 10% a cada período" → k·0,9ᵗ.

Logaritmo

  • logₐ b = x ⇔ aˣ = b (a > 0, a ≠ 1, b > 0). Ex.: log₂ 8 = 3, pois 2³ = 8.
  • log(m·n) = log m + log n; log(m/n) = log m − log n; log(mⁿ) = n·log m. Ex.: log 20 = log 2 + log 10 ≈ 1,301.
  • Mudança de base: logₐ b = log b / log a.
  • Domínio da função log: x > 0; base > 1 → crescente.

Método

  1. Identifique o valor inicial (t = 0) e o fator por período.
  2. Para achar o valor em t: substitua. Para achar o tempo em que se atinge um valor: iguale e aplique log (ou fatore em potências da mesma base).

Pontos-chave

Exemplo resolvido: N(t) = 50·2ᵗ → N(3) = 50·8 = 400 veículos. Exemplo (tempo): 50·2ᵗ = 1.600 → 2ᵗ = 32 = 2⁵ → t = 5 h.

SituaçãoModelo
Aumenta i% por períodoC·(1 + i)ᵗ
Diminui i% por períodoC·(1 − i)ᵗ
Dobra a cada TC·2^(t/T)
Meia-vida TC·(1/2)^(t/T)

Aprofundamento

Exponencial: f(x) = a·bˣ (b > 0, b ≠ 1). b > 1 crescente; 0 < b < 1 decrescente. Modela crescimento/decaimento percentual constante: valor = inicial × (1 ± taxa)ᵗ.

Logaritmo: log_b a = x ⇔ bˣ = a (a > 0, b > 0, b ≠ 1). Propriedades:

  • log(a·c) = log a + log c; log(a/c) = log a − log c; log aⁿ = n·log a;
  • mudança de base: log_b a = log a / log b;
  • log_b 1 = 0; log_b b = 1. Valores úteis: log 2 ≈ 0,301; log 3 ≈ 0,477; log 5 ≈ 0,699; ln 2 ≈ 0,693.

Exemplo (dobrar): frota cresce 10% ao ano. Em quanto tempo dobra? 1,1ᵗ = 2 → t = log 2/log 1,1 ≈ 0,301/0,0414 ≈ 7,3 anos.

Exemplo (meia-vida): concentração cai pela metade a cada 4 h. Após 12 h: (1/2)³ = 1/8 da inicial.

Equação exponencial: iguale bases (2ˣ = 32 → 2ˣ = 2⁵ → x = 5) ou aplique log dos dois lados.

Como o Cebraspe cobra

  • Trata crescimento exponencial como linear (somar em vez de multiplicar): 50·2³ ≠ 50·2·3.
  • Afirma que a exponencial "pode assumir valor zero ou negativo": errado.
  • Modelo f(x) = a + b·e⁻ˣ (b > 0): decresce e se aproxima de a sem nunca atingi-lo — "após 10 anos, menos de a" é errado (ex.: 350 + 150e⁻ˣ > 350 sempre; f(1) = 350 + 150/e ≈ 405).
  • Detalhe que torna o item errado: trocar o expoente (2ᵗ⁻¹ × 2ᵗ) ou esquecer o valor inicial k.

Revisão rápida

  • aˣ > 0 sempre; f(0) = k.
  • a > 1 cresce; 0 < a < 1 decresce.
  • Tempo desconhecido → logaritmo ou mesma base.
  • log(mn) = log m + log n; log mⁿ = n log m.
  • Percentual constante por período = exponencial, não linear.

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Flashcards de Funções exponencial e logarítmica

Tente lembrar antes de virar o card.

  • Função exponencial N(t) = k·aᵗ: como calcular o valor em t?

    Revelar resposta

    Substitua t no expoente: N(t) = k·aᵗ; k = N(0) é o valor inicial e a é o fator multiplicativo por período. Pegadinha: tratar como linear — 50·2³ = 400, não 50·2·3.

  • Modelo f(x) = a + b·e⁻ˣ (b > 0, x ≥ 0): como se comporta?

    Revelar resposta

    Começa em a + b (x = 0), decresce e tende a a (assíntota), sem nunca atingi-lo: f(x) > a sempre. Ex.: 350 + 150e⁻ˣ > 350; f(1) = 350 + 150/e ≈ 405. Pegadinha: afirmar que, após muitos anos, fica abaixo de a.

  • Como achar o tempo t em que um modelo exponencial atinge um valor (ex.: 4e^(−0,5t) = 4/5)?

    Revelar resposta
    1. Isole a potência: e^(kt) = valor. 2) Aplique ln (ou log₁₀ se a base é 10): kt = ln(valor). 3) t = ln(valor)/k. Ex.: e^(−0,5t) = 1/5 → t = ln5/0,5 = 3,2. Armadilha: multiplicar por k em vez de dividir (t = log4/0,002 = 500·log4, não log4/500).
  • Quando pontos (x, y) com x em passos iguais estão sobre o gráfico de uma função exponencial?

    Revelar resposta

    Quando os y formam uma PG (razão constante q): y = c·qˣ. Diferenças constantes → reta (função afim/PA); razões constantes → exponencial. 1.000, 1.100, 1.210 → q = 1,1 → exponencial.

  • Comportamento no longo prazo: para onde vão e^(−x), x·e^(−x) e a + b/(c + d·e^(−x)) quando x → +∞?

    Revelar resposta

    e^(−x) → 0; x·e^(−x) = x/eˣ → 0 (a exponencial domina qualquer polinômio). a + b/(c + d·e^(−x)) → a + b/c: assíntota horizontal, valor nunca atingido (900 + 1.600/2 = 1.700).

  • Inequação exponencial e^u > e^v (ou aᵘ > aᵛ): como resolver?

    Revelar resposta

    Base > 1: compare os expoentes com o mesmo sentido (u > v). Base entre 0 e 1: inverte o sentido. Escreva o lado direito na mesma base (1/√e = e^(−1/2)) e depois resolva a inequação resultante (às vezes do 2º grau), cuidando do sinal ao multiplicar por denominadores negativos.

Questões de Funções exponencial e logarítmica

  1. Questão 1 · Certo ou Errado

    O número de veículos fiscalizados por uma equipe da PRF, em função do tempo t (em horas), é dado por N(t) = 50 · 2^t. Nessa situação, após 3 horas de operação, o número de veículos fiscalizados será igual a 400.

    Revelar gabarito

    Gabarito: Certo

    Certo. N(3) = 50 · 2³ = 50 · 8 = 400, confirmando o valor apontado no item.

Fontes

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