Exercícios de esboço de gráficos com derivadas, com respostas
12 exercícios de esboço de gráficos com respostas e resoluções: pontos críticos, crescimento e decrescimento, extremos, concavidade e assíntotas.
Aplicações da derivada Atualizado 7 min de leitura
Visão geral
- Exercícios
- 12, com respostas e resoluções completas
- Nível
- Cálculo 1 e AP Calculus AB, Unidade 5
- Pré-requisitos
- As regras de derivação e limites no infinito para as assíntotas
- Ideia principal
- O sinal de f' diz onde f sobe ou desce. O sinal de f'' diz para que lado o gráfico se curva
- Pratique com novos números
- Lição de crescimento e decrescimento
Nesta página
Estes exercícios de esboço de gráficos percorrem tudo o que você precisa para esboçar um gráfico a partir das derivadas: pontos críticos, intervalos de crescimento e decrescimento, extremos locais, concavidade, pontos de inflexão e assíntotas. Tente cada um primeiro. As respostas vêm logo depois da lista, e em seguida as resoluções completas.
O que cada derivada diz:
| Sinal | Significado |
|---|---|
| f'(x) > 0 | f é crescente |
| f'(x) < 0 | f é decrescente |
| f''(x) > 0 | f tem concavidade para cima (curva como uma xícara) |
| f''(x) < 0 | f tem concavidade para baixo (curva como um chapéu) |
Para um passo a passo completo, leia o guia de esboço de gráficos.
Exercícios
Uma função, passo a passo: f(x) = x^3 - 3x^2
- Encontre os pontos críticos.
- Encontre onde f é crescente e onde é decrescente.
- Encontre o máximo e o mínimo locais.
- Encontre os intervalos de concavidade e o ponto de inflexão.
Pontos críticos que não são extremos
- Encontre os extremos locais de f(x) = x^4 - 4x^3.
- Encontre os intervalos de concavidade e os pontos de inflexão de f(x) = x^4 - 4x^3.
Exponenciais e funções racionais
- Para f(x) = xe^{-x}, encontre os extremos locais, o ponto de inflexão e a assíntota horizontal.
- Para f(x) = \dfrac{x}{x^2 + 1}, encontre os extremos locais e a assíntota horizontal.
- Para f(x) = \dfrac{x^2}{x^2 - 4}, encontre as assíntotas, os intervalos de crescimento e decrescimento, os extremos locais e a concavidade.
Testes e casos especiais
- Use o teste da segunda derivada para classificar os pontos críticos de f(x) = 2x^3 + 3x^2 - 12x.
- Uma função tem f'(x) = (x - 1)^2(x + 2). Onde f tem extremos locais?
- Encontre e classifique o ponto crítico de f(x) = x^{2/3} e descreva a sua concavidade.
Respostas
| Exercício | Resposta |
|---|---|
| 1 | x = 0 e x = 2 |
| 2 | Crescente em (-\infty, 0) e (2, \infty), decrescente em (0, 2) |
| 3 | Máximo local (0, 0), mínimo local (2, -4) |
| 4 | Concavidade para baixo em (-\infty, 1), para cima em (1, \infty), ponto de inflexão (1, -2) |
| 5 | Apenas mínimo local (3, -27). x = 0 não é extremo |
| 6 | Para cima em (-\infty, 0), para baixo em (0, 2), para cima em (2, \infty). Pontos de inflexão (0, 0) e (2, -16) |
| 7 | Máximo local \left(1, \frac{1}{e}\right), ponto de inflexão \left(2, \frac{2}{e^2}\right), assíntota y = 0 quando x\to\infty |
| 8 | Mínimo local \left(-1, -\frac{1}{2}\right), máximo local \left(1, \frac{1}{2}\right), assíntota y = 0 |
| 9 | Veja a resolução 9 |
| 10 | Máximo local (-2, 20), mínimo local (1, -7) |
| 11 | Apenas mínimo local em x = -2 |
| 12 | Mínimo local em (0, 0) (uma cúspide), concavidade para baixo dos dois lados |
Resolução passo a passo
1. Derive e iguale a zero:
2. Teste um número em cada intervalo:
| Intervalo | Valor de teste | Sinal de f' | f é |
|---|---|---|---|
| (-\infty, 0) | f'(-1) = 9 | + | crescente |
| (0, 2) | f'(1) = -3 | - | decrescente |
| (2, \infty) | f'(3) = 9 | + | crescente |
3. Em x = 0, f' passa de + para -, então há um máximo local: f(0) = 0. Em x = 2, f' passa de - para +, então há um mínimo local: f(2) = 8 - 12 = -4.
4. A segunda derivada é f''(x) = 6x - 6, que vale 0 em x = 1. Ela é negativa para x < 1 e positiva para x > 1, então a concavidade muda. O ponto de inflexão é (1, f(1)) = (1, -2).
5. Derive e fatore:
Os pontos críticos são x = 0 e x = 3. Como 4x^2 \ge 0, o sinal de f' é o sinal de x - 3: negativo dos dois lados de 0 e positivo depois de 3. Então f continua decrescendo ao passar por x = 0, sem mudar de direção, e x = 0 não é extremo. Em x = 3 o sinal passa de - para +, o que dá um mínimo local f(3) = 81 - 108 = -27.
6. A segunda derivada é
Ela é positiva em (-\infty, 0), negativa em (0, 2) e positiva em (2, \infty). Troca de sinal nos dois zeros, então os pontos de inflexão são (0, 0) e (2, 16 - 32) = (2, -16).
7. Use a regra do produto:
Como e^{-x} > 0, f' tem o sinal de 1 - x: positivo antes de 1 e negativo depois. Então há um máximo local em \left(1, \frac{1}{e}\right). Derive de novo:
Ela troca de sinal em x = 2, então o ponto de inflexão é \left(2, \frac{2}{e^2}\right). Quando x\to\infty, xe^{-x} = \frac{x}{e^x}\to 0, então y = 0 é uma assíntota horizontal à direita.
8. Use a regra do quociente:
O denominador é sempre positivo, então o sinal vem de 1 - x^2: negativo para x < -1, positivo em (-1, 1) e negativo para x > 1. Isso dá um mínimo local f(-1) = -\frac{1}{2} e um máximo local f(1) = \frac{1}{2}. O grau do denominador é maior, então y = 0 é a assíntota horizontal.
9. Assíntotas. O denominador x^2 - 4 se anula em x = \pm 2 e o numerador não, então há assíntotas verticais em x = -2 e x = 2. Os graus são iguais, então a assíntota horizontal é y = 1.
Crescimento e decrescimento. Use a regra do quociente:
O denominador é positivo, então f' > 0 para x < 0 e f' < 0 para x > 0. f é crescente em (-\infty, -2) e (-2, 0), e decrescente em (0, 2) e (2, \infty). Há um máximo local em (0, 0).
Concavidade. Derivando de novo e simplificando, obtemos
O numerador é sempre positivo, então o sinal vem de (x^2 - 4)^3. f tem concavidade para cima em (-\infty, -2) e (2, \infty), e para baixo em (-2, 2). A concavidade só muda nas assíntotas, onde f não está definida, então não há pontos de inflexão.
10. Encontre os pontos críticos:
A segunda derivada é f''(x) = 12x + 6.
- f''(-2) = -18 < 0: máximo local, f(-2) = -16 + 12 + 24 = 20.
- f''(1) = 18 > 0: mínimo local, f(1) = 2 + 3 - 12 = -7.
11. Os pontos críticos são x = 1 e x = -2. O fator (x - 1)^2 nunca é negativo, então o sinal de f' vem de x + 2. Ele passa de - para + em x = -2, um mínimo local. Em x = 1 o sinal continua + dos dois lados, então não há extremo ali.
12. A derivada é
Ela nunca vale 0, mas não está definida em x = 0, onde f está definida. Então x = 0 é um ponto crítico. f' < 0 para x < 0 e f' > 0 para x > 0, então (0, 0) é um mínimo local. A inclinação tende a \pm\infty de cada lado, o que forma uma ponta chamada cúspide. A segunda derivada é f''(x) = -\frac{2}{9}x^{-4/3}, negativa para todo x \ne 0, então o gráfico tem concavidade para baixo dos dois lados.
Erros comuns nestes exercícios
- Chamar todo ponto crítico de extremo. Nos exercícios 5 e 11, f' se anula mas mantém o sinal, então não há máximo nem mínimo.
- Esquecer os pontos onde f' não está definida. O exercício 12 não tem solução para f'(x) = 0, mas mesmo assim tem um mínimo.
- Contar uma assíntota como ponto de inflexão. No exercício 9 a concavidade muda em x = \pm 2, mas f não está definida ali.
- Dar só o valor de x. Um máximo ou mínimo local é um ponto. Informe também f(c), como no exercício 3.
Continue praticando
Estes 12 exercícios usam funções fixas. Para prática ilimitada com novas funções e correção imediata, experimente a lição de pontos críticos, a lição de crescimento e decrescimento e a lição da segunda derivada. Depois use as mesmas ferramentas em problemas contextualizados com os exercícios de otimização.
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Concavidade e a derivada segunda
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