Considerando diferentes triângulos retângulos como na Figura 2.55 e calculamos a relação entre seus lados obteremos que estas relações são independentes do comprimento de seus lados, assim sabemos que:
sen = / , cos = / , tan = /
E, suas correspondentes relações inversas são:
csc = / , sec = / cot = /
respectivamente.
A área do círculo de centro O e raio = R é igual a 2 R^2 , logo a área de um setor circular de ângulo 2 é R^2 . Considerando R= 1 , a área do setor circular de ângulo 2 é .
Figura 2.55 Figura 2.56
Chamamos x a área do setor circular de ângulo 2 , então sen x = , cos x = e tan x = / ; resulta que a equação da circunferência de raio um e centro a origem de coordenadas é x^2 + y^2 = 1 , e a equação de uma hipérbole eqüilátera de raio um e centro a origem de coordenadas é x^2-y^2=1 .
Podemos definir na Figura 2.56, as seguintes relações:
• Seno hiperbólico: senh = /
• Coseno hiperbólico: cosh = /
• Tangente hiperbólico: tanh = /
• Cotangente hiperbólico: coth = /
• Secante hiperbólico: sech = /
• Cosecante hiperbólico: csch = /
Observe que as relações coth , sech e csch são inversas das relações tan h , cosh e senh respectivamente.
Do mesmo modo para o caso das funções trigonométricas habituais, a área sombreada da hipérbole que corresponde a um ângulo 2 considerando = 1 é .
Seja x a área do setor circular de ângulo 2 , então: senh x = , cosh x = e tan h x =
Em algumas ocasiones as combinações de e^x e e^{-x} aparecem com freqüência; em tais ocasiones acostuma-se a escrever o modelo matemático que corresponde utilizando as funções f : R R chamadas hiperbólicas, e definidas a seguir:
• Seno hiperbólico: f(x) = senh x = x R
• Coseno hiperbólico: f(x) = cosh x = x R
• Tangente hiperbólico: f(x) = tanh x = = x R .
• Cotangente hiperbólico: f(x) = coth x = = x R x 0 .
• Secante hiperbólico: f(x) = sech x = x R
• Cosecante hiperbólico: f(x) = csch x = x R x 0
Exercícios 2-7
1. Verifique se a função a seguir é par o ímpar justificando sua resposta.
1. f(x) = -x^3+x 2. f(x) = x sen x 3. f(x) = sen 3x cos x
4. f(x) = 5x - sen x^2 5. h(x) = x/|x | 6. f(x) = x e^{t^2}
7. f(x) = (e^x+e^{-x})/2 8. g(x) = 5 9. f(x) = x^4 + cos^3x
2. Determine duas funções f e g tais que h = gof nos seguintes casos:
1. h(x) = (x^2+3)^6 2. h(x) =3(x+ | x | ) 3. h(x) =2^{sen2x}
4. h(x) = 5. h(x) = cos25x + 7cos65x 6. h(x) = (x^2-8)^4
7. h(x) = 8. h(x) = (cos4x)^2-4(cos 4x) 9. h(x)=2^{tan 2x}
3. Se f: A Im(f) é monotônica estrita, então f^{-1}: Im f A é monotônica estrita do mesmo tipo?
4. Prove que tan x é estritamente crescente em [- { /2}, { /2}] .
Figura 2.65:
5. Dado o gráfico da função f(x) (Figura 2.65) e os valores a e b da variável independente x . Determine f(a) e f (b) no desenho. Qual é a interpretação geométrica da relação:
6. Prove que a função sen : [- {/2}, {/2} ] R é estritamente crescente.
7. Seja f(x) = 2x^2 + {2/x^2} +{5/x} + 5x . Mostre que f(x) = f(1/x) .
8. Determine o domínio de definição das funções que se indicam:
1. y = 1 - Ln x 2. y = Ln(sen (2x-1)) 3. y = arccos [(1-2x)/4]
4. y = Ln 5. y = arcsen (x-2) 6. y = Ln (Ln (x-1))
9. A função g(x) é definida por: g(x) = {x/2} - {1/2} quando - < x 11/3 e g(x) = 1 + x quando {11/3} x < + . Analítica e gráficamente achar todas as raízes reais da equação [g(x)]^2 = 7x + 25 .
10. Achar o maior valor possível para n para o qual 2^x > x^n para todas as x 100, n Z.
11. Determine se as seguintes desigualdades são verdadeiras:
1. cosh^2x + senh^2x = cosh^2x 2. cosh^2x - senh^2x = 1
3. cosh(x+y) = cosh x.cosh y + senh y.senh x 4. 1 - coth^2x = csch^2x
5. senh (x+y) = senh x. cosh y + senh y.cosh x 6. 1 - tan ^2x = sech^2x
7. 2senh x. cosh x = senh^2x
12. Seja f(x) = sen x - cos x . Mostre que f(1) > 0 .
13. Determine o período das seguintes funções:
1. y = 2 sen (3x+5) 2. y = 5 cos 2x
3. y = -cos [ {x-1}/2] 4. y = sen [{2t + 3}/{6 }]
14. Mostre que y = senh x e y = tanh x são funções ímpares, e y = cosh x é função par.
15. Resolver gráficamente a equação:
1. x = 2.sen x 2. x = tan x 3. 4sen x = 4 - x
16. Um navio navegando em linha reta, passa sucessivamente pelos pontos A, B e C . Quando o navio está em A , o comandante observa o farol em L , e calcula o ângulo LAC = 30o . Após navegar 4 milhas até B , verifica-se o ângulo LBC = 75o . Quantas milhas separa o farol do ponto B ?
Figura 2.33:
17. Uma torre tem 20 metros de altura. Se puxarmos um cabo do topo ao chão (como mostra a Figura 2.66), qual será o comprimento aproximado ( x ) do cabo?
18. Pedro e Marcos que estão distantes 2,7 km um do outro, observam um helicóptero parado no ar, Pedro vê o helicóptero segundo um ângulo de 45o e Marcos, ao mesmo tempo, vê o helicóptero segundo um ângulo de 60o . A que altura, mais ou menos estava o helicóptero.
19. Um avião levanta vôo e sobe fazendo um ângulo de 15o com a horizontal. A que altura estava e qual é a distância percorrida quando passa pela vertical por uma igreja situada a 2 km do ponto de partida? São dados sen 15^o = 0,26 e tan 15o = 0,27 .
20. Uma árvore partida pelo vento, mantém seu tronco perpendicular ao solo formando com ele um triângulo retângulo. Se a parte quebrada faz um ângulo de 60^o com o solo e se o topo da árvore está agora distanciado 10 m de sua base, qual era aproximadamente a altura original da árvore?.
21. Num triângulo ABC onde = 10 cm, = 12 cm e o ângulo A é 30o , determine a área desse triângulo.
22. Associando V para as sentenças verdadeiras e F para as falsas, assinale a alternativa que contém a seqüência correta.
i) A função y = csc x . sec x é negativa no 2o e no 4o quadrante.
ii) Se sen x = - 5/13 , quando {3/2} < x < 2 , então cos x = 10/13.
iii) O domínio da função y = cot x é { x R / x k } .
iv) A função y = tan x é periódica, com período P = rad .
23. Achar o intervalo de variação de x para que seja válida a identidade:
1. arcsen x + arccos x = /2
2. arccos = arcsen x
3. arcsen + arccos =
4. arccos = - arcsen x
5. arccost[{1-x^2}/{1+x^2}] = 2 arccot x
6. arccos [{1-x^2}/{1+x^2}] = -2 arctan x
7. arctan x + arctan 1 = arctan [{1+x}/{1-x}]
8. arctan x = arccot -
9. arctan x + arctan 1 = arctan [{1+x}/{1-x}] +
10. arctan x = arccot
24. Mostre que as seguintes fórmulas são verdadeiras:
1. cos x + cos 2x + cos 3x = {cos 2x sen(3x/2)}/{sen( )}
2. cos x . cos( +x) + cos( +x). cos( -x) + cos( -x) cos x = -
3. sen x + sen 2x + sen 7x + sen 8x = 4 sen(9x/2) . cos 3x cos (x/2)
4. =
25. Determine todas as funções f tais que f(x^2) - f(y^2) + 2x + 1 = f(x+y) . f(x-y) quaisquer que sejam os números reais x, y .
26. Dada a relação: R(x) = 2x^3- 5 x^2 - 23x , determine todas as raízes da igualdade R(x) = R(-2) .
27. Determine todas as raízes da equação f(x) = f(5) sabendo que a relação f(x) = x^2 - 12x + 3 é definida no intervalo [-5, 5] .
28. Seja f(n) a soma dos n primeiros elementos de uma progressão aritmética. Mostre que; f(n+3) - 3f(n+2) + 3f(n+1) - f(n) = 0
29. Num cone circular reto com raio na base R e altura H encontra-se inscrito um cilindro modo que os planos e os centros das bases circulares do cone e cilindro coincidem. Determine o raio do cilindro para que sua superfície total seja máxima; sabe-se que H > 2R .
30. Apresentar o número x como soma de dois números tais que a soma de seus quadrados seja a maior possível.
31. Um arame de comprimento x deve-se dividir em duas partes. Uma de elas estará destinada para construir um quadrado, e a outra para um triângulo equilátero. Qual é o comprimento de cada parte para que a soma das áreas das figuras obtidas seja a menor possível.
32. Um projeto de Lei para cobrança de impostos, sobre carros prevê que o proprietário de um carro pagará R$ 100,00 mais 7% do valor estimado do carro. Outro projeto propõe que o proprietário pague R$ 400,00 mais 2% do valor estimado do carro. Considere apenas os aspectos financeiros; que tipo do cobrança será mais favorável ao proprietário?
33. A demanda de um certo produto é dado pela equação: D(p) = 200p + 12000 unidades ao mês quando o preço de mercado é de p dólares por unidade. a) Expressar o gasto total mensal do consumidor em função de p ( o gasto total mensal é a quantidade total gastado pelo consumidor, em cada mês com o produto). b) Construir o gráfico dessa função de demanda. c) Discuta o significado econômico das p interseções da função gasto. d) Construir o gráfico da função de gasto total mensal.
Miscelânea 2-1
1. Dada a função f(x) = para x 0, x 2 :
1. Mostre que f é injetora 2. Determine f^{-1}
3. Determine D(f^{-1}) 4. Determine Im(f^{-1})
2. Resolver graficamente a equação: 2^x - 2x = 0 .
3. Esboçar o gráfico dos pontos que satisfaz cada uma das seguintes relações:
1. S = { (x, y) R^2 /. y 2x, y 2^{-x} }
2. S = { (x, y) R^2 /. y 2^{-x}, y + x 0, x^2 + y^2 < 4 }
3. S = { (x, y) R^2 /. y 3x, y + x < 0, y 2^{-x} }
4. S = { (x, y) R^2 /. y log_4x, x^2 + y^2 9, x > 0 }
5. S = { (x, y) R^2 /. y log_{0.6}x, x^2 + y^2 < 16, x > 0 }
6. S = { (x, y) R^2 /. x log_3y, x^2 + y^2 < 9, y > 0 }
7. S = { (x, y) R^2 /. x 2y , y - x 0, x^2 + y^2 < 16 }
4. Diga quais das funções são periódicas. Nos casos afirmativos, determine quando existem os períodos.
1. f(x) = x + 2. f(x) = 1 se x Z
3. f(x) = 4. f(x) =
5. Os lados de um triângulo medem 1 cm e 2 cm respectivamente. Construir o gráfico da área do triângulo como função do ângulo x compreendido entre tais lados.
6. Demonstrar as seguintes identidades:
1. Ln | csc x - cot x | = - Ln | csc x + cot x |
2. Se f(x) = -Ln | csc x + cot x | , então e^{3Ln } = | sen x/{1 + cos x}|
7. Sejam as funções, f(x) = {e^x +e^{-x}}/2 e g(x) = {e^x - e^{-x}}/2 .Demonstrar:
1. f(x) + f(y) = 2f( {x+y}/2) .g( {x-y}/2)
2. {g(2x)+g(4y)}/{f(2x)+f(4y)} = (g/f)(x+y)
3. g(x) + g(y) = 2g( {x+y}/2) . g( {x-y}/2)
4. [g(x)]^2 + [f(x)]^2 = 1
5. [f(x) + g(x)]^n = f(nx) + g(nx) n \in \mathbb{N}
6. f(x) é função par e, g(x) é função ímpar.
7. [f(x/2)]^2 = {g(x) - 1}/2 e [g(x/2)]^2 = {g(x) + 1}/2
8. Mostre que:
1. cos(arcsen x) = 2. sen(arccos x) =
3. sec(arctan x) = 4. csc(arccot x) =
9. Sejam A, B, C e D ângulos de um quadrilátero convexo, mostre que:
cos2A + cos2B + cos2C + cos2D = 4cos(A+B) .cos(A+C) .cos(A+D)
10. Se A e C representam respectivamente o maior e menor dos ângulos de um triângulo tais que seus lados formam uma progressão aritmética. Mostre que: 4(1-cos A)(1 - cos C) = cos A . cos C .
11. Achar o domínio de definição das seguintes funções:
1. y = 2. y = Ln(sen x)
12. Verificar as seguintes fórmulas:
1. /4 = arctan + arctan + arctan
2. 2arctan = arctan
3. /4} = 2 arctan + arctan + 2 arctan
4. /4} = 5 arctan + 2 arctan {3/79}
13. Mostre que o gráfico da função f(x) = loga(x + ) é simétrico respeito à origem de coordenadas. Determine sua função inversa.
14. Escrever em forma explícita uma função y = f(x) dada em forma implícita mediante cada uma das equações:
1. x^2 + y^2 = 1 2. {x^2}/{a^2} + {y^2}/{b^2}= 1
3. Ln(x) + \Ln(y+1) = 4 4. x^3 + y^3 = a^3
5. 2^{x+y}(x^2 - 2) = x^3 + 7 6. (1+x)cos y - x^2 = 0
15. Seja f(x) = a . cos(bx + c) . Quais devem ser os valores das constantes a, b e c para obter a identidade f(x+1) - f(x) = sen x ?
16. Determine a variação de x para satisfazer as seguintes igualdades:
1. 2sen x = -
2. 2cos x = -
3. 2 sen x = -