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Funções algébricas

Funções polinomiais: grau, gráficos, derivadas e integrais

Funções polinomiais explicadas: grau, termo dominante, comportamento nas extremidades, raízes e pontos de virada, e como derivar e integrar.

Funções algébricas Atualizado 3 min de leitura

Visão geral

f(x) = a_n x^n + a_{n-1} x^{n-1} + \cdots + a_1 x + a_0
Domínio
(-\infty, \infty)
Derivada
na_nx^{n-1} + (n-1)a_{n-1}x^{n-2} + \cdots + a_1
Integral
\frac{a_n}{n+1}x^{n+1} + \cdots + \frac{a_1}{2}x^2 + a_0x + C
Continuidade
Contínua e diferenciável em todos os pontos
Raízes reais
No máximo n
Pontos de virada
No máximo n - 1
Nesta página
  1. Definição e fórmula
  2. Gráfico de um polinômio
  3. Propriedades principais
  4. Derivada de um polinômio
  5. Integral de um polinômio
  6. Exemplos resolvidos
  7. Erros comuns
  8. Como se conecta

Uma função polinomial é uma soma finita de funções potência com expoentes naturais, cada uma multiplicada por uma constante. Retas, parábolas e cúbicas são todas polinômios. Elas são as funções mais amigáveis do cálculo: contínuas em todos os pontos, suaves em todos os pontos e derivadas ou integradas termo a termo.

Definição e fórmula

f(x) = a_n x^n + a_{n-1} x^{n-1} + \cdots + a_1 x + a_0, \qquad a_n \ne 0
  • O grau é n, a maior potência com coeficiente diferente de zero.
  • O termo dominante é a_nx^n e o coeficiente dominante é a_n.
  • O termo independente a_0 é o ponto onde o gráfico corta o eixo y.

Os expoentes precisam ser números naturais 0, 1, 2, \ldots. Assim, x^3 - 2x é um polinômio, mas \sqrt{x}, \frac{1}{x} e 2^x não são.

Grau Nome Exemplo
0 constante 5
1 afim (linear) 2x - 1
2 quadrática x^2 + 3x
3 cúbica x^3 - 3x
4 quártica x^4 - x^2

Gráfico de um polinômio

Gráfico do polinômio cúbico y = x³ - 3x e de sua derivada
A cúbica tem pontos de virada em x = -1 e x = 1, onde sua derivada 3x^2 - 3 se anula.

Propriedades principais

  • Contínua e diferenciável em todos os pontos. Sem buracos, saltos, bicos ou assíntotas, então todo limite é calculado por substituição direta.
  • O comportamento nas extremidades vem só do termo dominante. Grau par com a_n > 0: as duas extremidades sobem. Grau ímpar com a_n > 0: desce à esquerda e sobe à direita. Um a_n negativo inverte o desenho.
  • Raízes. Um polinômio de grau n tem no máximo n raízes reais. Um polinômio de grau ímpar sempre tem pelo menos uma, pelo Teorema do Valor Intermediário.
  • Pontos de virada. No máximo n - 1, porque f' tem grau n - 1.

Derivada de um polinômio

Combine a regra da potência, a regra da constante multiplicativa e a regra da soma:

f'(x) = na_nx^{n-1} + (n-1)a_{n-1}x^{n-2} + \cdots + 2a_2x + a_1

O termo independente desaparece e o grau diminui em uma unidade. Derivar n + 1 vezes dá 0.

Integral de um polinômio

\int f(x)\,dx = \frac{a_n}{n+1}x^{n+1} + \cdots + \frac{a_1}{2}x^2 + a_0x + C

O grau aumenta em uma unidade. Integrais definidas de polinômios são sempre fáceis de calcular com o Teorema Fundamental do Cálculo.

Exemplos resolvidos

Exemplo 1: derivada. \frac{d}{dx}\left(4x^5 - 2x^3 + 7x - 1\right) = 20x^4 - 6x^2 + 7.

Exemplo 2: pontos de virada. Para f(x) = x^3 - 3x, temos f'(x) = 3x^2 - 3 = 3(x-1)(x+1), que se anula em x = \pm 1. Então f(-1) = 2 é um máximo local e f(1) = -2 é um mínimo local.

Exemplo 3: integral. \int (6x^2 - 4x + 3)\,dx = 2x^3 - 2x^2 + 3x + C.

Exemplo 4: integral definida. \int_0^2 (x^3 - x)\,dx = \left[\frac{x^4}{4} - \frac{x^2}{2}\right]_0^2 = (4 - 2) - 0 = 2.

Erros comuns

  1. Derivar um produto sem expandir nem usar a regra do produto. \frac{d}{dx}\left[(x^2 + 1)(x - 3)\right] não é 2x \cdot 1. Expanda primeiro ou use a regra do produto.
  2. Manter o termo independente na derivada. \frac{d}{dx}(x^2 + 5) = 2x, e não 2x + 5.
  3. Esquecer o +\,C nas integrais indefinidas.
  4. Julgar o comportamento nas extremidades pelo primeiro termo escrito. Use o termo de maior grau, onde quer que ele apareça.

Como se conecta

Dividindo dois polinômios, obtemos as funções racionais. Os polinômios de Taylor aproximam outras funções por polinômios, e as séries de Taylor levam essa ideia a infinitos termos. Para as regras por trás de cada passo, veja funções potência.

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Perguntas frequentes

Como calcular a derivada de um polinômio?

Aplique a regra da potência a cada termo e some os resultados. Por exemplo, \frac{d}{dx}(2x^3 - 5x^2 + x - 4) = 6x^2 - 10x + 1.

Como integrar um polinômio?

Use a regra da potência inversa em cada termo: some um ao expoente, divida pelo novo expoente e acrescente C. Por exemplo, \int (3x^2 + 4x)\,dx = x^3 + 2x^2 + C.

O que determina o comportamento de um polinômio nas extremidades?

Só o termo dominante a_nx^n importa quando x \to \pm\infty. Grau par significa que as duas extremidades vão para o mesmo lado; grau ímpar significa que vão para lados opostos, e o sinal de a_n decide qual.

Polinômios são sempre contínuos?

Sim. Todo polinômio é contínuo e diferenciável em todo número real, então limites de polinômios sempre podem ser calculados por substituição direta.

Quantos pontos de virada um polinômio pode ter?

Um polinômio de grau n tem no máximo n - 1 pontos de virada, porque sua derivada tem grau n - 1 e, portanto, no máximo n - 1 zeros.

Escrito pela equipe do PracticeCalculus

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