CAPÍTULO III Sequência ou sucessão numérica - Dia de Matemática
CAPÍTULO III Sequência ou sucessão numérica - Dia de Matemática
CAPÍTULO III Sequência ou sucessão numérica - Dia de Matemática
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1. Definição<br />
Professores Cícero, Carlos, Conrad e Ubiratan – Uniban 2011 49<br />
<strong>CAPÍTULO</strong> <strong>III</strong><br />
<strong>Sequência</strong> <strong>ou</strong> <strong>sucessão</strong> <strong>numérica</strong><br />
Uma sequência po<strong>de</strong> ser pensada como uma lista <strong>de</strong> números escritos em uma or<strong>de</strong>m <strong>de</strong>finida:<br />
a1, a2, a3, a4, ..., an, ...<br />
O número a1 é chamado primeiro termo, a2 é o segundo termo e, em geral, an é o n-ésimo<br />
termo. Po<strong>de</strong>mos lidar exclusivamente com sequências infinitas e, assim, cada an terá um sucessor an + 1.<br />
Note que, para cada inteiro positivo n, existe um número correspon<strong>de</strong>nte an e, <strong>de</strong>ssa forma, uma<br />
sequência po<strong>de</strong> ser <strong>de</strong>finida como uma função cujo domínio é o conjunto dos inteiros positivos. Mas<br />
geralmente escrevemos an em vez da notação <strong>de</strong> função f(n) para o valor da função no número n.<br />
NOTAÇÃO: A sequência {a1, a2, a3, ...} é também <strong>de</strong>notada por:<br />
{an} <strong>ou</strong> { a }<br />
∞<br />
n n = 1<br />
Vejamos alguns exemplos:<br />
Exemplo 1: Algumas sequências po<strong>de</strong>m ser <strong>de</strong>finidas dando uma fórmula para o n-ésimo termo. Nos<br />
exemplos a seguir, damos três <strong>de</strong>scrições da sequência: uma usando a notação anterior, <strong>ou</strong>tra<br />
empregando a fórmula da <strong>de</strong>finição e uma terceira escrevendo os termos da sequência. Note que<br />
n não precisa começar em 1.<br />
a)<br />
b)<br />
⎧ n ⎫<br />
⎨ ⎬<br />
⎩n + 1⎭<br />
∞<br />
n = 1<br />
n<br />
⎧( −1)<br />
(n + 1) ⎫<br />
⎨ n ⎬<br />
⎩ 3 ⎭<br />
∞<br />
n = 1<br />
n<br />
a n =<br />
n + 1<br />
n<br />
( 1) (n + 1)<br />
n n<br />
a =<br />
−<br />
3<br />
⎧1 2 3 4 n ⎫<br />
⎨ , , , , ..., , ... ⎬<br />
⎩2 3 4 5 n + 1 ⎭<br />
n<br />
⎧ 2 3 4 5 ( −1)<br />
(n + 1) ⎫<br />
⎨− , , − , , ..., , ...<br />
n ⎬<br />
⎩ 3 9 27 81 3 ⎭<br />
c) { n 3} n = 3<br />
∞<br />
− a n = n − 3, n ≥ 3<br />
{ 0, 1, 2, 3, ..., n − 3, ... }<br />
d)<br />
⎧ nπ ⎫<br />
⎨cos ⎬<br />
⎩ 6 ⎭<br />
∞<br />
n = 0<br />
nπ<br />
a n = cos , n ≥ 0<br />
6<br />
⎧⎪ 3 1 nπ ⎫⎪<br />
⎨1, , , 0, ..., cos , ... ⎬<br />
⎪⎩ 2 2 6 ⎪⎭
Professores Cícero, Carlos, Conrad e Ubiratan – Uniban 2011 50<br />
Exemplo 2: Ache uma fórmula para o termo geral an da sequência<br />
assumindo que o padrão dos primeiros termos continue.<br />
Resolução:<br />
Nos é dado que: a1 = 3<br />
5 a2 =<br />
4<br />
− a3 =<br />
25<br />
5<br />
125 a4 =<br />
⎧3 4 5 6 7 ⎫<br />
⎨ , − , , − , , ... ⎬<br />
⎩5 25 125 625 3 125 ⎭<br />
6<br />
− a5 =<br />
625<br />
7<br />
3 125<br />
Observe que os numeradores <strong>de</strong>ssas frações começam com 3 e são incrementados por 1 à medida<br />
que avançamos para o próximo termo. O segundo termo tem numerador 4; o terceiro, numerador 5;<br />
generalizando, o n-ésimo termo terá numerador n + 2. Os <strong>de</strong>nominadores são potências <strong>de</strong> 5, logo an<br />
tem <strong>de</strong>nominador 5 n . Os sinais dos termos alternam entre positivo e negativo, assim precisamos<br />
multiplicar por uma potência <strong>de</strong> –1.<br />
No exemplo 1(b) o fator (–1) n significa que começamos com um termo negativo. Neste exemplo,<br />
queremos começar com um termo positivo e assim usamos (–1) n – 1 <strong>ou</strong> (–1) n + 1 . Portanto,<br />
a = ( − 1)<br />
n + 2<br />
5<br />
n−1 n n<br />
Exemplo 3: Vejamos algumas sequências que não tem uma equação <strong>de</strong> <strong>de</strong>finição simples.<br />
a) A sequência {pn}, on<strong>de</strong> pn é a população do mundo no dia 1º <strong>de</strong> janeiro do ano n.<br />
b) Se fizermos an ser o dígito da n-ésima cada <strong>de</strong>cimal do e, então {na} é uma sequência bem<br />
<strong>de</strong>finida cujos primeiros termos são {7, 1, 8, 2, 8, 1, 8, 2, 8, 4, 5, ...}<br />
c) A sequência <strong>de</strong> Fibonacci {fn} é <strong>de</strong>finida recursivamente pelas condições: f1 = 1, f2 = 1,<br />
fn = fn – 1 + fn – 2, com n ≥ 3. Cada termo é a soma dos dois termos prece<strong>de</strong>ntes. Os primeiros termos<br />
são: {1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, ...}<br />
Essa sequência surgiu quando o matemático italiano conhecido como Fibonacci resolveu, no<br />
século X<strong>III</strong>, um problema envolvendo a reprodução <strong>de</strong> coelhos.<br />
Quando a sequência não possuir lei <strong>de</strong> formação, <strong>de</strong>nota-se por sequência “randômica”<br />
(aleatório).
2. Limite <strong>de</strong> uma sequência<br />
Professores Cícero, Carlos, Conrad e Ubiratan – Uniban 2011 51<br />
O limite <strong>de</strong> uma sequência é um dos conceitos mais antigos <strong>de</strong> análise matemática. A mesma dá<br />
uma <strong>de</strong>finição rigorosa à i<strong>de</strong>ia <strong>de</strong> uma sequência que converge até um ponto chamado limite. De forma<br />
intuitiva, supondo que se tem uma sequência <strong>de</strong> pontos (por exemplo, um conjunto infinito <strong>de</strong> pontos<br />
numerados utilizando os números naturais) em algum tipo <strong>de</strong> objeto matemático (por exemplo,<br />
os números reais <strong>ou</strong> um espaço vetorial) que admite o conceito <strong>de</strong> vizinhança (no sentido <strong>de</strong> “todos os<br />
pontos <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> uma certa distância <strong>de</strong> um dado ponto fixo”). Um ponto L é o limite da sequência se<br />
para toda a vizinhança que se <strong>de</strong>fina, todos os pontos da sequência (com a possível exceção <strong>de</strong> um<br />
número finito <strong>de</strong> pontos) estão próximos a L. Isto po<strong>de</strong> ser interpretado como se h<strong>ou</strong>vesse um conjunto<br />
<strong>de</strong> esferas <strong>de</strong> tamanhos <strong>de</strong>crescentes até zero, todas centradas em L, e para qualquer <strong>de</strong>stas esferas, só<br />
existiria um número finito <strong>de</strong> números fora <strong>de</strong>la.<br />
n<br />
A sequência a n = po<strong>de</strong> ser <strong>de</strong>senhada plotando-se seus termos em uma reta, como na<br />
n + 1<br />
figura 1, <strong>ou</strong> plotando-se seu gráfico, como na figura 2. Note que, como uma sequência é uma função<br />
cujo domínio é o conjunto dos inteiros positivos, seu gráfico consiste em pontos isolados com<br />
coor<strong>de</strong>nadas:<br />
(1, a1) (2, a2) (3, a3) ... (n, an) ...<br />
Figura 1 – Plotagem dos termos <strong>de</strong> uma sequência em uma reta<br />
Figura 1 – Plotagem dos termos <strong>de</strong> uma sequência no plano cartesiano
Professores Cícero, Carlos, Conrad e Ubiratan – Uniban 2011 52<br />
n<br />
Observando as figuras 1 e 2, é possível notar que os termos da sequência a n = estão ser<br />
n + 1<br />
aproximando <strong>de</strong> 1 quando n se torna gran<strong>de</strong>. De fato, a diferença:<br />
n<br />
n + 1<br />
n + 1 1 1<br />
= − = 1− n + 1 n + 1 n + 1<br />
po<strong>de</strong> ser tão pequena quanto se <strong>de</strong>sejar tomando-se n suficientemente gran<strong>de</strong>. Indicamos isso<br />
escrevendo:<br />
n<br />
lim = 1<br />
n→∞<br />
n + 1<br />
Em geral, a notação lim a n = L , significa que os termos da sequência {an} aproxima-se <strong>de</strong> L<br />
n→∞<br />
quando n torna-se gran<strong>de</strong>. Note que a seguinte <strong>de</strong>finição precisa do limite <strong>de</strong> uma sequência é muito<br />
parecida com a <strong>de</strong>finição <strong>de</strong> um limite <strong>de</strong> uma função no infinito.<br />
Definição 1: Uma sequência {an} tem o limite L e escrevemos<br />
lim a = L<br />
n→∞<br />
n<br />
<strong>ou</strong> n<br />
a → L quando n<br />
→ ∞<br />
se po<strong>de</strong>mos fazer os termos an tão perto <strong>de</strong> L quanto se queira ao se fazer n suficientemente gran<strong>de</strong>. Se<br />
lim a<br />
n→∞<br />
n<br />
existir, dizemos que a sequência converge (<strong>ou</strong> é convergente). Caso contrário, dizemos que a<br />
sequência diverge (<strong>ou</strong> é divergente).<br />
A figura 3 ilustra a <strong>de</strong>finição 1 mostrando os gráficos <strong>de</strong> duas sequências que têm limite L.<br />
Figura 3. Gráfico <strong>de</strong> duas sequências com lim a n<br />
= L<br />
n→∞
Professores Cícero, Carlos, Conrad e Ubiratan – Uniban 2011 53<br />
Uma versão mais precisa da <strong>de</strong>finição 1 é a seguinte:<br />
Definição 2: Uma sequência {an} tem o limite L e escrevemos<br />
lim a = L<br />
n→∞<br />
n<br />
<strong>ou</strong> n<br />
a → L quando n<br />
→ ∞<br />
se para cada ε > 0 existir um correspon<strong>de</strong>nte inteiro N tal que<br />
a n − L < ε sempre que n > N.<br />
A <strong>de</strong>finição 2 é ilustrada pela figura 4, na qual os termos a1, a2, a3, ... são plotados em uma reta.<br />
Não importa quão pequeno um intervalo (L – ε , L + ε ) seja escolhido, existe um N tal que todos os<br />
termos da sequência <strong>de</strong> aN + 1 em diante <strong>de</strong>vem estar naquele intervalo.<br />
Figura 4. Definição 2<br />
Outra ilustração da <strong>de</strong>finição 2 é dada na figura 5. Os pontos no gráfico <strong>de</strong> {an} <strong>de</strong>vem estar entre<br />
as retas horizontais y = L + ε e y = L – ε se n > N. Esse <strong>de</strong>senho <strong>de</strong>ve ser válido não importa quão<br />
pequeno ε seja escolhido, mas geralmente ε menor requer N maior.<br />
Figura 5. Definição 2<br />
Se an se tornar gran<strong>de</strong> n se tornar gran<strong>de</strong>, usaremos a notação lim a n = ∞ . Temos:<br />
Definição: n<br />
n→∞<br />
lim a =<br />
sempre que n > M.<br />
Se n<br />
n→∞<br />
n→∞<br />
∞ significa que para cada número positivo M existe um inteiro N tal que an > N<br />
lim a = ∞ , então a sequência {an} é divergente. Dizemos que {an} diverge para ∞ .
Professores Cícero, Carlos, Conrad e Ubiratan – Uniban 2011 54<br />
3. Proprieda<strong>de</strong>s sobre limites <strong>de</strong> sequência<br />
Se {an} e {bn} forem sequências convergentes e c for uma constante, então:<br />
( )<br />
lim a ± b = lim a ± lim b<br />
lim ca n = ci lim a n<br />
n n n n<br />
n→∞ n→∞ n→∞<br />
lim c = c<br />
n→∞<br />
a<br />
lim a<br />
n<br />
n n→∞<br />
lim =<br />
n→∞<br />
bn lim bn<br />
n→∞<br />
n→∞ n→∞<br />
( )<br />
lim a b = lim a i lim b<br />
n n n n<br />
n→∞ n→∞ n→∞<br />
( n )<br />
p<br />
lim a = lim a<br />
n→∞ n n→∞<br />
O Teorema do Confronto também po<strong>de</strong> ser adaptado para sequências.<br />
Se an ≤ bn ≤ cn para n ≥ n0 e lim a n = lim b n = L , então lim b n = L .<br />
n→∞ n→∞<br />
n→∞<br />
Figura 6. Teorema do Confronto<br />
As sequências {bn} está entre as sequências {an} e {cn}.<br />
Outro fato útil sobre limites <strong>de</strong> sequências é dado pelo seguinte teorema.<br />
lim a = 0, então lim a = 0<br />
n n<br />
n→∞ n→∞<br />
Vejamos alguns exemplos:<br />
p<br />
se p > 0 e an > 0
Professores Cícero, Carlos, Conrad e Ubiratan – Uniban 2011 55<br />
n<br />
Exemplo 1: Verifique se a sequência a n = é convergente <strong>ou</strong> divergente. Se ela convergir,<br />
n + 1<br />
encontre o limite.<br />
Resolução: Dividimos o numerador e o <strong>de</strong>nominador pela maior potência <strong>de</strong> n e usando as<br />
proprieda<strong>de</strong>s dos limites temos:<br />
n 1 lim1<br />
n→∞<br />
lim an = lim = lim =<br />
=<br />
n→∞<br />
n + 1 n→∞<br />
1<br />
1<br />
1 + lim1 + lim<br />
n n→∞ n→∞<br />
n<br />
1<br />
= 1<br />
1 + 0<br />
n<br />
Portanto, a sequência a n = é convergente e converge para 1.<br />
n + 1<br />
Exemplo 2: Verifique se a sequência<br />
convergir, encontre o limite.<br />
2<br />
3n − n − 2<br />
n 2<br />
a = 8n + 4n + 1<br />
é convergente <strong>ou</strong> divergente. Se ela<br />
Resolução: Dividimos o numerador e o <strong>de</strong>nominador pela maior potência <strong>de</strong> n e usando as<br />
proprieda<strong>de</strong>s dos limites temos:<br />
lim an =<br />
= 3 0 0<br />
− −<br />
8 + 0 + 0<br />
2<br />
3n − n − 2<br />
lim<br />
n→∞<br />
2<br />
8n + 4n + 1<br />
= 3<br />
8<br />
Portanto, a sequência<br />
=<br />
lim<br />
⎛ 1 2 ⎞<br />
1 2<br />
⎜ ⎟ lim 3− lim − lim<br />
⎝ ⎠ n→∞ n→∞ n<br />
2<br />
=<br />
n →∞ n<br />
⎛ 4 1 ⎞<br />
4 1<br />
lim8 + lim + lim 2<br />
⎝ n n n→∞ n→∞ n<br />
⎠<br />
n →∞ n<br />
2<br />
n 3 − − 2<br />
n n<br />
n→∞<br />
2<br />
n ⎜8 + + 2 ⎟<br />
2<br />
3n − n − 2<br />
n 2<br />
a = 8n + 4n + 1<br />
Exemplo 3: Verifique se a sequência<br />
convergir, encontre o limite.<br />
é convergente e converge para 3<br />
8 .<br />
3<br />
4n + 2n 2<br />
n 2<br />
−<br />
a = é convergente <strong>ou</strong> divergente. Se ela<br />
2n + 5n + 1<br />
Resolução: Dividimos o numerador e o <strong>de</strong>nominador pela maior potência <strong>de</strong> n e usando as<br />
proprieda<strong>de</strong>s dos limites temos:<br />
lim an =<br />
3<br />
4n + 2n 2<br />
lim<br />
n→∞<br />
2<br />
2n + 5n + 1<br />
− =<br />
lim<br />
⎛ 2 2 ⎞<br />
2 2<br />
⎜ ⎟ lim 4 + lim − lim<br />
⎝ ⎠ n→∞ n→∞ 2 3<br />
=<br />
n n→∞<br />
n<br />
⎛ 2 5 1 ⎞ 2 5 1<br />
⎜ ⎟ lim + lim + lim<br />
⎝ n n n ⎠ n n n<br />
3<br />
n 4 + − 2 3<br />
n n<br />
n→∞<br />
3<br />
n + + 2 3<br />
=<br />
n→∞ n→∞ 2<br />
n→∞<br />
3<br />
=
= 4 + 0 0<br />
− 4<br />
=<br />
0 + 0 + 0 0<br />
Portanto, a sequência<br />
Professores Cícero, Carlos, Conrad e Ubiratan – Uniban 2011 56<br />
= ∞<br />
3<br />
4n + 2n 2<br />
n 2<br />
−<br />
a = é divergente.<br />
2n + 5n + 1<br />
ln n<br />
Exemplo 4: Verifique se a sequência a n = é convergente <strong>ou</strong> divergente.<br />
n<br />
Resolução: Note que numerador e <strong>de</strong>nominador se aproximam do infinito quando n<br />
→ ∞ . Não<br />
po<strong>de</strong>mos empregar a Regra <strong>de</strong> L’Hôspital diretamente, porque ela não se aplica a sequências, mas sim<br />
a funções <strong>de</strong> uma variável real. Contudo, po<strong>de</strong>mos usar a Regra <strong>de</strong> L’Hôspital para a função<br />
relacionada f(x) =<br />
ln x<br />
lim<br />
x→∞<br />
x<br />
Portanto,<br />
n→∞<br />
ln x<br />
x<br />
=<br />
x→∞<br />
. Assim, temos:<br />
1<br />
lim x<br />
1<br />
ln n<br />
lim = 0.<br />
n<br />
= 0<br />
1<br />
= 0<br />
Exemplo 5: Determine quando a sequência an = (–1) n é convergente <strong>ou</strong> divergente.<br />
Resolução: Se escrevemos os termos da sequência, obteremos:<br />
{–1, 1, –1, 1, –1, 1, –1, ...}<br />
O gráfico <strong>de</strong>ssa sequência é exibido na figura 7. Como os termos oscilam entre 1 e –1<br />
infinitamente, an não se aproxima <strong>de</strong> número algum. Então, ( ) n<br />
lim 1<br />
{(–1) n } é divergente.<br />
( ) n<br />
−1<br />
Exemplo 6: Avalie lim<br />
n→∞<br />
n<br />
n→∞<br />
Figura 7. Exemplo <strong>de</strong> sequência divergente<br />
se ele existir.<br />
− não existe; isto é, a sequência
Professores Cícero, Carlos, Conrad e Ubiratan – Uniban 2011 57<br />
( ) n<br />
−1<br />
Resolução: Temos que lim<br />
n→∞<br />
n<br />
( ) n<br />
−1<br />
Assim, temos que lim<br />
n→∞<br />
n<br />
1<br />
lim = 0.<br />
n<br />
=<br />
n→∞<br />
= 0.<br />
Figura 8. Exemplo <strong>de</strong> sequência convergente<br />
Exemplo 7: Para que valores <strong>de</strong> r a sequência {r n } é convergente?<br />
Resolução: Dada a função exponencial f(x) = a x , sabemos que os gráficos das funções exponenciais<br />
são crescentes quando a > 1 e <strong>de</strong>crescentes quando 0 < a < 1. Portanto, temos que:<br />
e portanto<br />
x<br />
lim a =<br />
x→∞<br />
∞ para a > 1 e<br />
Fazendo a = r, temos:<br />
⎧∞<br />
se r > 1<br />
n<br />
lim r = ⎨<br />
n→∞<br />
0 se 0 < r < 1<br />
É óbvio que<br />
⎩<br />
n<br />
lim1 = 1<br />
n→∞<br />
e<br />
n<br />
lim 0 = 0<br />
n→∞ x<br />
lim a = 0<br />
x→∞<br />
Se –1 < r < 0, então 0 < r < 1, assim:<br />
lim r<br />
n→∞<br />
n<br />
lim r<br />
n→∞<br />
n<br />
=<br />
lim r<br />
n→∞<br />
n<br />
= 0<br />
.<br />
para 0 < a < 1.<br />
= 0. Se r ≤ –1, então {r -n } diverge como no Exemplo 5. A figura 9 mostra os gráficos<br />
para vários valores <strong>de</strong> r. (O caso r = –1 é mostrado na figura 7.)
Professores Cícero, Carlos, Conrad e Ubiratan – Uniban 2011 58<br />
Figura 9. A sequência an = r n<br />
Os resultados do Exemplo 7 estão resumidos a seguir:<br />
A sequência {r n } é convergente se –1 < r ≤ 1 e divergente para todos os <strong>ou</strong>tros valores <strong>de</strong> r.<br />
Exercícios<br />
⎧0<br />
se −1<br />
< r < 1<br />
n<br />
lim r = ⎨<br />
n→∞<br />
1 se r = 1<br />
60. O que é uma sequência?<br />
⎩<br />
61. O que significa dizer que lim a n = 8 ?<br />
n→∞<br />
62. O que significa dizer que lim a n = ∞ ?<br />
n→∞<br />
63. O que é uma sequência convergente? Dê dois exemplos.<br />
64. O que é uma sequência divergente? Dê dois exemplos.<br />
65. Liste os cinco primeiros itens das sequências abaixo:<br />
a) ( ) n<br />
a = 1− 0,2<br />
n<br />
b) n<br />
c)<br />
n + 1<br />
a =<br />
3n − 1<br />
( ) n<br />
−<br />
3 1<br />
a n =<br />
n!<br />
d) n<br />
nπ<br />
a =sen<br />
2<br />
e) a1 = 3, an + 1 = 2an – 1<br />
f) a1 = 4, an + 1 =<br />
g) an = 3n – 1<br />
a n<br />
a − 1<br />
n
Professores Cícero, Carlos, Conrad e Ubiratan – Uniban 2011 59<br />
66) Encontre uma fórmula para o termo geral an das sequências abaixo, assumindo que o padrão dos<br />
primeiros termos continua.<br />
a)<br />
b)<br />
⎧1 1 1 1 ⎫<br />
⎨ , , , , ... ⎬<br />
⎩2 4 8 16 ⎭<br />
⎧1 1 1 1 ⎫<br />
⎨ , , , , ... ⎬<br />
⎩2 4 6 8 ⎭<br />
c) {2, 7, 12, 17, ...}<br />
d)<br />
⎧ 1 2 3 4 ⎫<br />
⎨− , , − , , ... ⎬<br />
⎩ 4 9 16 25 ⎭<br />
e)<br />
⎧ 2 4 8 ⎫<br />
⎨1, − , , − , ... ⎬<br />
⎩ 3 9 27 ⎭<br />
f) {0, 2, 0, 2, 0, 2, ...}<br />
g) {6, 11, 16, 21, 26, ...}<br />
67) Determine se as sequências abaixo convergem <strong>ou</strong> divergem. Se ela convergir, encontre o limite.<br />
a) a n = n(n − 1)<br />
b)<br />
c)<br />
d)<br />
a =<br />
n<br />
a =<br />
n<br />
a =<br />
n<br />
n + 1<br />
3n − 1<br />
3 + 5n<br />
2<br />
n + n<br />
n<br />
1 + n<br />
2<br />
e)<br />
f)<br />
g)<br />
h)<br />
a =<br />
n<br />
a =<br />
n<br />
2<br />
3<br />
n<br />
n + 1<br />
n<br />
1 + n<br />
⎛ n ⎞<br />
a n = cos⎜<br />
⎟<br />
⎝ 2 ⎠<br />
⎛ 2 ⎞<br />
a n = cos⎜<br />
⎟<br />
⎝ n ⎠<br />
i)<br />
j)<br />
k)<br />
a =<br />
n<br />
a =<br />
n<br />
a =<br />
n<br />
( − )<br />
( )<br />
⎧⎪ 2n 1 ! ⎫⎪<br />
⎨ ⎬<br />
⎪⎩ 2n + 1 ! ⎪⎭<br />
⎛ 2n − 3 ⎞<br />
⎜ ⎟<br />
⎝ 3n + 7 ⎠<br />
2n − 4n<br />
5 2<br />
7 3<br />
3n + n −10<br />
68) Se R$ 1 000,00 forem investidos a uma taxa <strong>de</strong> juros <strong>de</strong> 6%, compostos anualmente, <strong>de</strong>pois <strong>de</strong> n<br />
anos, o investimento valerá an = 1 000(1,06) n reais.<br />
a) Encontre os cinco primeiros termos da sequência {an}.<br />
b) A sequência é convergente <strong>ou</strong> divergente? Explique.<br />
⎧ ⎫<br />
69) Calcule o limite da sequência ⎨ 2, 2 2 , 2 2 2 , ... ⎬<br />
⎩ ⎭<br />
4. Funções monótonas crescente e <strong>de</strong>crescente<br />
Uma sequência {an} é <strong>de</strong>nominada crescente se an < an + 1 para todo n ≥ 1, isto é, a1 < a2 < a3 < ...<br />
Uma sequência {an} é <strong>de</strong>nominada <strong>de</strong>crescente se an > an + 1 para todo n ≥ 1.<br />
É dita monotônica se for crescente <strong>ou</strong> <strong>de</strong>crescente.<br />
Vejamos alguns exemplos:
Exemplo 1: Verifique se a sequência<br />
Professores Cícero, Carlos, Conrad e Ubiratan – Uniban 2011 60<br />
a =<br />
n<br />
3<br />
é <strong>de</strong>crescente.<br />
n + 5<br />
Resolução: Para a sequência ser <strong>de</strong>crescente, <strong>de</strong>vemos ter an > an + 1. Então:<br />
3<br />
n + 5 ><br />
3<br />
n + 5 ><br />
3<br />
(n + 1) + 5<br />
3<br />
n + 6<br />
Multiplicando cruzado vem:<br />
3(n + 6) > 3(n + 5)<br />
3n + 18 > 3n + 15<br />
18 > 15<br />
18 > 15 é verda<strong>de</strong>iro para todo n ≥ 1. Portanto, an > an + 1, e assim {an} é <strong>de</strong>crescente.<br />
n<br />
Exemplo 2: Verifique se a sequência a n = é <strong>de</strong>crescente.<br />
2<br />
n + 1<br />
Resolução: Devemos mostrar que an > an + 1, isto é:<br />
n<br />
n + 1<br />
(n + 1) + 1<br />
2<br />
n + 1 > 2<br />
n<br />
2<br />
n + 1 > 2<br />
n + 1<br />
n + 2n + 2<br />
Essa <strong>de</strong>sigualda<strong>de</strong> é equivalente àquela que obtivemos pela multiplicação cruzada.<br />
n(n 2 + 2n + 2) > (n 2 + 1)(n + 1)<br />
n 3 + 2n 2 + 2n > n 3 + n 2 + n + 1<br />
2n 2 + 2n > n 2 + n + 1<br />
n 2 + n > 1<br />
É óbvio que para todo n ≥ 1, é verda<strong>de</strong>iro para n 2 + n > 1. Portanto, an > an + 1, e assim {an} é<br />
<strong>de</strong>crescente.<br />
Definição:<br />
Se an é monótona crescente, então a sequência é limitada inferiormente pelo seu primeiro<br />
termo. Ou seja, se existir um número m <strong>de</strong> forma que m ≤ an para todo n ≥ 1.<br />
Analogamente, se a sequência for monótona <strong>de</strong>crescente, ela será limitada superiormente.<br />
Ou seja, se existir um número M <strong>de</strong> forma que an ≤ M para todo n ≥ 1.<br />
Se ela for limitada superiormente e inferiormente, então an é uma sequência limitada.
Professores Cícero, Carlos, Conrad e Ubiratan – Uniban 2011 61<br />
Teorema da <strong>Sequência</strong> Monotônica: Toda sequência limitada, monotônica, é convergente.<br />
Uma sequência que é crescente e limitada superiormente é convergente. Do mesmo modo, uma<br />
sequência <strong>de</strong>crescente que é limitada inferiormente é convergente. Esse fato é usado muitas vezes para<br />
lidar com séries infinitas, assunto que veremos no 2º semestre.<br />
Exercícios<br />
70) Determine se as sequências abaixo são crescente, <strong>de</strong>crescente <strong>ou</strong> não monotônica.<br />
1<br />
5<br />
a) a = n<br />
b)<br />
c)<br />
d)<br />
e)<br />
n<br />
a =<br />
n<br />
a =<br />
n<br />
1<br />
2n + 3<br />
2n − 3<br />
3n + 4<br />
1− e<br />
n<br />
a n =<br />
1 + e<br />
n<br />
n −<br />
e − e<br />
n<br />
a n =<br />
e<br />
n −<br />
+ e<br />
n<br />
71) Verifique se as sequências do exercício são limitadas.<br />
f)<br />
g)<br />
a =<br />
n<br />
a =<br />
n<br />
h) a = 2<br />
i)<br />
n<br />
a = n +<br />
n<br />
2<br />
n + 2n − 3<br />
2n −1<br />
2<br />
3n − 2<br />
2<br />
5n + 1<br />
n<br />
n + 1<br />
72) Suponha que você saiba que an é uma sequência <strong>de</strong>crescente e que todos os termos estão entre os<br />
números 5 e 8. Explique por que a sequência tem um limite. O que você po<strong>de</strong> dizer sobre o valor do<br />
limite?<br />
5. Funções contínuas<br />
O limite <strong>de</strong> uma função quando x ten<strong>de</strong> a a po<strong>de</strong> muitas vezes ser encontrado simplesmente<br />
calculando-se o valor da função em a. As funções com essa proprieda<strong>de</strong> são chamadas contínuas em a.<br />
A <strong>de</strong>finição matemática <strong>de</strong> continuida<strong>de</strong> correspon<strong>de</strong>nte estreitamente ao significado da palavra<br />
continuida<strong>de</strong> na linguagem do dia-a-dia. (O processo contínuo é aquele que ocorre gradualmente, sem<br />
interrupções <strong>ou</strong> mudanças abruptas.)<br />
Definição 1: Uma função f é contínua em número a se lim f(x)<br />
x→a figura 10)<br />
1<br />
n<br />
= f(a).<br />
Observe que a Definição 1 implicitamente requer três coisas para a continuida<strong>de</strong> <strong>de</strong> f. (Ver
Professores Cícero, Carlos, Conrad e Ubiratan – Uniban 2011 62<br />
1) f(a) está <strong>de</strong>finida (isto é, a está no domínio <strong>de</strong> f)<br />
2)<br />
x→a lim f (x) existe<br />
3)<br />
x→a lim f (x) = f(a)<br />
Figura 10. Continuida<strong>de</strong> no ponto a<br />
A <strong>de</strong>finição diz que f é contínua em a se f(x) ten<strong>de</strong>r a f(a) quando x aproxima-se <strong>de</strong> a. Assim,<br />
uma função contínua f tem a proprieda<strong>de</strong> que uma pequena variação em x produza apenas uma<br />
pequena modificação em f(x). De fato, a alteração em f(x) po<strong>de</strong> ser mantida tão pequena quanto<br />
<strong>de</strong>sejarmos mantendo a variação em x suficientemente pequena.<br />
Se f está <strong>de</strong>finida próximo <strong>de</strong> a (em <strong>ou</strong>tras palavras, f está <strong>de</strong>finida em um intervalo aberto<br />
contendo a, exceto possivelmente em a), dizemos que f é <strong>de</strong>scontínua em a, <strong>ou</strong> que f tem uma<br />
<strong>de</strong>scontinuida<strong>de</strong> em a, se f não é contínua em a.<br />
Os fenômenos físicos são geralmente contínuos. Por exemplo, o <strong>de</strong>slocamento <strong>ou</strong> a velocida<strong>de</strong> <strong>de</strong><br />
um veículo varia continuamente com o tempo, como a altura das pessoas. Mas a <strong>de</strong>scontinuida<strong>de</strong><br />
ocorre em situação tal como a corrente elétrica.<br />
Geometricamente, po<strong>de</strong>mos pensar em uma função contínua em todo número <strong>de</strong> um intervalo<br />
como sendo uma função cujo gráfico não se quebra. O gráfico po<strong>de</strong> ser <strong>de</strong>senhado sem remover sua<br />
caneta do papel.<br />
Vejamos alguns exemplos:
Professores Cícero, Carlos, Conrad e Ubiratan – Uniban 2011 63<br />
Exemplo 1: A figura abaixo mostra o gráfico <strong>de</strong> uma função f. Em quais números f é <strong>de</strong>scontínua? Por<br />
quê?<br />
Resolução: Parece haver uma <strong>de</strong>scontinuida<strong>de</strong> quando a = 1, pois aí o gráfico tem um buraco. A razão<br />
reconhecida para f ser <strong>de</strong>scontínua em 1 é que f(1) não está <strong>de</strong>finida.<br />
O gráfico também tem uma quebra em a = 3, mas a razão para a <strong>de</strong>scontinuida<strong>de</strong> é diferente.<br />
Aqui f(3) está <strong>de</strong>finida, mas lim f (x)<br />
x→3 Logo f é <strong>de</strong>scontínua em 3.<br />
não existe (pois o limite esquerdo e o direito são diferentes).<br />
E sobre a = 5? Aqui f(5) está <strong>de</strong>finida, e lim f (x) existe (pois o limite esquerdo e o direito são<br />
x→5 iguais). Mas lim f (x) ≠ f(5). Logo f é <strong>de</strong>scontínua em 5.<br />
x→5 Exemplo 2: On<strong>de</strong> cada uma das seguintes funções é <strong>de</strong>scontínua?<br />
a) f(x) =<br />
2<br />
x − x − 2<br />
x − 2<br />
Resolução: Note que f(2) não está <strong>de</strong>finida; logo, f é <strong>de</strong>scontínua em 2.<br />
⎧ 1<br />
⎪ se x ≠ 0<br />
2<br />
b) f(x) = ⎨ x<br />
⎪<br />
⎩ 1 se x = 0<br />
Resolução: Aqui f(0) = 1 está <strong>de</strong>finida, mas<br />
x→0 lim f (x)<br />
1<br />
lim<br />
x<br />
≠<br />
x→0 2<br />
não existe. Logo f é <strong>de</strong>scontínua em 0.
⎧ − −<br />
⎪<br />
c) f(x) = ⎨ x − 2<br />
⎪<br />
⎩ 1 se x = 2<br />
2<br />
x x 2<br />
se x ≠ 2<br />
Resolução: Aqui f(2) está <strong>de</strong>finida e<br />
2<br />
x − x − 2<br />
lim f (x) ≠ lim<br />
x→2 x→2 x − 2<br />
Professores Cícero, Carlos, Conrad e Ubiratan – Uniban 2011 64<br />
= lim<br />
x→2 (x − 2)(x + 1)<br />
x − 2<br />
existe. Porém, lim f (x) ≠ f(2). Logo, f não é contínua em 2.<br />
x→2 = lim(x + 1)<br />
x→2 A figura 11 mostra os gráficos das funções no Exemplo 2. Em cada caso o gráfico não po<strong>de</strong> ser<br />
feito sem levantar a caneta do papel, pois um buraco, uma quebra <strong>ou</strong> pulo ocorrem no gráfico. As<br />
<strong>de</strong>scontinuida<strong>de</strong>s ilustradas nas partes (a) e (c) são chamadas removíveis, pois po<strong>de</strong>mos removê-las<br />
re<strong>de</strong>finindo f somente no número 2.<br />
Figura 11. Gráficos das funções do Exemplo 2<br />
Definição 2: Uma função f é contínua à direita em um número a se +<br />
x→a esquerda em a se lim f (x) = f(a).<br />
−<br />
x→a = 3<br />
lim f (x) = f(a) e f é contínua à<br />
Definição 3: Uma função f é contínua em um intervalo se for contínua em todos os números do<br />
intervalo. (Se f for <strong>de</strong>finida somente <strong>de</strong> um lado do extremo do intervalo, enten<strong>de</strong>mos continuida<strong>de</strong> no<br />
extremo como continuida<strong>de</strong> à direita <strong>ou</strong> à esquerda.)
Vejamos um exemplo:<br />
Exemplo 3: Mostre que a função f(x) =<br />
Professores Cícero, Carlos, Conrad e Ubiratan – Uniban 2011 65<br />
2<br />
1− 1− x é contínua no intervalo [–1, 1].<br />
Resolução: Se –1 < a < 1, então, usando as proprieda<strong>de</strong>s dos limites, temos:<br />
lim f (x)<br />
x→a lim f (x)<br />
x→a x→a 2<br />
2<br />
= lim ( 1− 1− x ) = lim1− lim ( 1− x )<br />
x→a lim f (x) = f(a)<br />
2<br />
= 1 – lim( 1 x )<br />
x→a − = 1 –<br />
x→a x→a 2<br />
1− a<br />
Assim, pela Definição 1, f é contínua em a se –1 < a < 1. Cálculos análogos mostram que<br />
lim f (x) = 1 = f(–1) e lim f (x) = 1 = f(1)<br />
−<br />
x 1<br />
+<br />
x→−1 →−<br />
logo, f é contínua à direita em –1 e contínua à esquerda em 1. Consequentemente, <strong>de</strong> acordo com a<br />
Definição 3, f é contínua em [–1, 1].<br />
O gráfico <strong>de</strong> f está esboçado na figura 12. É a meta<strong>de</strong> inferior do círculo.<br />
Figura 12. Gráfico da função f(x) = − − 2<br />
1 1 x<br />
Em lugar <strong>de</strong> sempre usar as Definições 1, 2 e 3 para verificar a continuida<strong>de</strong> <strong>de</strong> uma função como<br />
feito no Exemplo 3, muitas vezes é conveniente usar o próximo teorema, que mostra como construir as<br />
funções contínuas complicadas a partir das simples.
5.1. Teoremas sobre continuida<strong>de</strong><br />
Teorema 1<br />
Professores Cícero, Carlos, Conrad e Ubiratan – Uniban 2011 66<br />
Se f e g forem contínuas em a e se c for uma constante, então as seguintes funções são contínuas,<br />
também, em a:<br />
1) f + g<br />
2) f – g<br />
Teorema 2<br />
3) cf<br />
4) fg<br />
f<br />
5) se g(a) ≠ 0<br />
g<br />
a) Qualquer polinômio é contínuo em toda a parte; <strong>ou</strong> seja, é contínuo em R = ( −∞, ∞ ) .<br />
b) Qualquer função racional é contínua sempre que estiver <strong>de</strong>finida; <strong>ou</strong> seja, é contínua em seu<br />
domínio.<br />
O conhecimento <strong>de</strong> quais funções são contínuas nos capacita a calcular muito rapidamente alguns<br />
limites, como os dos exemplos a seguir.<br />
Exemplo 4: Encontre<br />
x→−2 3 2<br />
x + 2x −1<br />
lim<br />
5 − 3x<br />
Resolução: A função f(x) =<br />
domínio, que é<br />
3 2<br />
x + 2x −1<br />
.<br />
5 − 3x<br />
⎧ 5⎫<br />
⎨x / x ≠ ⎬ . Portanto:<br />
⎩ 3⎭<br />
3 2<br />
x + 2x −1<br />
=<br />
x→−2 x→−2 lim<br />
5 − 3x<br />
x→−2 Teorema 3<br />
3 2<br />
x + 2x −1<br />
lim<br />
5 − 3x<br />
= ( ) ( )<br />
lim f (x) = f(–2)<br />
5 − 3( −2)<br />
3 2<br />
−2 + 2 −2 −1<br />
=<br />
é racional; assim, pelo Teorema 1, é contínua em seu<br />
1<br />
−<br />
11<br />
Os seguintes tipos <strong>de</strong> funções são contínuas em todo o número <strong>de</strong> seus domínios:<br />
polinômio funções racionais funções raízes<br />
funções trigonométricas funções trigonométricas inversas<br />
funções exponenciais funções logarítmicas
Professores Cícero, Carlos, Conrad e Ubiratan – Uniban 2011 67<br />
ln x + arc tg x<br />
Exemplo 5: On<strong>de</strong> a função f(x) = 2<br />
x −1<br />
é contínua?<br />
Resolução: Sabemos do Teorema 3 que a função y = ln x é contínua para x > 0 e que y = arc tg x é<br />
contínua em R. Assim, pela parte 1 do Teorema 1, y = ln x + arc tg x é contínua em ( 0, ∞ ) . O<br />
<strong>de</strong>nominador y = x 2 – 1 é um polinômio, portanto é contínuo sempre. Assim, pela parte 5 do Teorema<br />
1, f é contínua em todos os números positivos x, exceto on<strong>de</strong> x 2 – 1 = 0. Logo, f é contínua nos<br />
intervalos abertos ( 0, 1 ) e ( 1, ∞ ) .<br />
Exercícios<br />
73) Prove que f(x) = x 2 é contínua em x = 2.<br />
74) A função f(x) =<br />
4 3 2<br />
2x − 6x + x + 3<br />
x −1<br />
é contínua em x = 1?<br />
75) Prove que f(x) = 2x 3 + x é contínua em todo ponto x = x0.<br />
76) Para que valores <strong>de</strong> x no domínio <strong>de</strong> <strong>de</strong>finição é contínua a função:<br />
x<br />
a) f(x) = 2<br />
x − 1<br />
d) f(x) = 10<br />
g) f(x) =<br />
−1<br />
2<br />
(x −3)<br />
⎧ x − x<br />
⎪ , se x < 0<br />
⎨ x<br />
⎪<br />
⎩ 2 , se x = 0<br />
b) f(x) =<br />
e) f(x) =<br />
1 + cos x<br />
3 + sen x c) f(x) = 1<br />
4 10 + x<br />
−1<br />
⎧<br />
2 ⎪ (x −3)<br />
⎨<br />
10 , se x ≠ 3<br />
⎪⎩ 0 , se x = 3<br />
h) f(x) = x cossec x =<br />
f) f(x) =<br />
x<br />
sen x<br />
x − x<br />
77) Escreva uma equação que expresse o fato <strong>de</strong> que uma função f é contínua no número 4.<br />
78) Se f é contínua em ( −∞, ∞ ) , o que você po<strong>de</strong> dizer sobre seu gráfico?<br />
79) Esboce o gráfico <strong>de</strong> uma função que é contínua em toda a parte, exceto em x = 3 e é contínua à<br />
esquerda em 3.<br />
80) Um estacionamento cobra R$ 3,00 pela primeira hora, <strong>ou</strong> parte <strong>de</strong>la, e R$ 2,00 por hora sucessiva,<br />
<strong>ou</strong> parte, até o máximo <strong>de</strong> R$ 10,00.<br />
a) Esboce o gráfico do custo do estacionamento como uma função do tempo <strong>de</strong>corrido.<br />
b) Discuta as <strong>de</strong>scontinuida<strong>de</strong>s da função e sua significância para alguém que use o estacionamento.<br />
81) Se f e g forem funções contínuas, com f(3) = 5 e lim[ 2 f (x) − g(x) ] = 4, <strong>de</strong>termine g(3).<br />
x→3 x
82) Seja o gráfico abaixo:<br />
Professores Cícero, Carlos, Conrad e Ubiratan – Uniban 2011 68<br />
a) Estabeleça os números nos quais f é <strong>de</strong>scontínua e explique por quê.<br />
b) Para cada um dos números estabelecidos no item a, <strong>de</strong>termine se f é contínua à direita <strong>ou</strong> à<br />
esquerda, <strong>ou</strong> nenhum <strong>de</strong>les.<br />
83) Explique por que a função é <strong>de</strong>scontínua no número dado. Faça o esboço do gráfico da função.<br />
a) f(x) = ln x − 2 a = 2<br />
b) f(x) =<br />
⎧⎪<br />
⎨<br />
⎪⎩<br />
x<br />
e , se x < 0<br />
2<br />
x , se x ≥ 0<br />
a = 0<br />
2<br />
⎧ x − x −12<br />
⎪ , se x ≠ −3<br />
c) f(x) = ⎨ x + 3<br />
⎪<br />
⎩ − 5 , se x = −3<br />
a = –3<br />
84) Para quais valores da constante c a função f(x) =<br />
⎧⎪<br />
⎨<br />
⎪⎩<br />
2<br />
cx + 2x, se x < 2<br />
3<br />
x − cx, se x ≥ 2<br />
é contínua em ( −∞, ∞ ) ?<br />
85) Quais as seguintes funções f têm uma <strong>de</strong>scontinuida<strong>de</strong> removível em a? Se a <strong>de</strong>scontinuida<strong>de</strong> for<br />
removível, encontre uma função g que é igual a f para x ≠ a e é contínua em R.<br />
a) f(x) =<br />
b) f(x) =<br />
c) f(x) =<br />
d) f(x) =<br />
2<br />
x 2x 8<br />
− −<br />
, a = –2<br />
x + 2<br />
x − 7<br />
, a = 7<br />
x − 7<br />
3<br />
x + 64<br />
, a = –4<br />
x + 4<br />
3− x<br />
, a = 9<br />
9 − x
6. Teorema <strong>de</strong> Bolzano<br />
Professores Cícero, Carlos, Conrad e Ubiratan – Uniban 2011 69<br />
Seja uma função f(x) contínua em um intervalo [a, b], tal que, f(a) . f(b) < 0. Então a função f(x)<br />
possui pelo menos uma raiz no intervalo [a, b].<br />
Po<strong>de</strong>mos enunciar também: Se f for contínua no intervalo fechado [a, b] e se f(a) e f(b) tiverem<br />
sinais contrários, então existirá pelo menos um c em [a, b] tal que f(c) = 0.<br />
Po<strong>de</strong>mos verificar este teorema graficamente:<br />
Figura 13. Teorema do Anulamento<br />
Pesquisar as raízes reais <strong>de</strong> uma equação polinomial P(x) = 0 é localizar (on<strong>de</strong>? quantos?) os<br />
pontos em que o gráfico cartesiano da função y = P(x) intercepta o eixo das abscissas (y = 0).<br />
seguinte:<br />
Assim, o teorema <strong>de</strong> Bolzano comporta uma interpretação geométrica baseada, em resumo, no<br />
a) sinal <strong>de</strong> P(a) ≠ sinal <strong>de</strong> P(b) → número ímpar <strong>de</strong> raízes<br />
Figura 14. Teorema do Anulamento
Professores Cícero, Carlos, Conrad e Ubiratan – Uniban 2011 70<br />
b) sinal <strong>de</strong> P(a) = sinal <strong>de</strong> P(b) → número par <strong>de</strong> raízes<br />
Figura 15. Teorema do Anulamento<br />
Exemplo 1: Seja a função f(x) = x i ln(x) – 3,2. Po<strong>de</strong>mos calcular o valor <strong>de</strong> f(x) para valores<br />
arbitrários <strong>de</strong> x, como mostrado na tabela abaixo:<br />
x 1 2 3 4<br />
f(x) –3,20 –1,81 0,10 2,36<br />
Resolução:<br />
Pelo teorema <strong>de</strong> Bolzano, concluímos que existe pelo menos uma raiz real no intervalo [2, 3].<br />
Exemplo 2: Verifique que o polinômio P(x) = x 4 – 3x – 1 admite uma raiz real no intervalo [1, 2].<br />
Resolução: Temos que f(1) = 1 4 – 3 i 1 – 1 = 1 – 3 – 1 = –3 e f(2) = 2 4 – 3 i 2 – 1 = 16 – 6 – 1 = 10.<br />
Pelo teorema <strong>de</strong> Bolzano, concluímos que existe pelo menos uma raiz no intervalo [1, 2], pois<br />
f(1) i f(2) < 0.<br />
Exercícios<br />
86) Dada a função polinomial f(x) = x 3 + 2x + 1, será possível f(x) = 0 em [–1, 4]?<br />
87) Determine o valor <strong>de</strong> a <strong>de</strong> modo que a equação x 3 + x 2 + 5x + a = 0, tenha ao menos uma raiz no<br />
intervalo [–2, 0].<br />
88) Mostre que no intervalo<br />
⎡ π ⎤<br />
⎢<br />
0,<br />
⎣ 2 ⎥<br />
existe, pelo menos, uma raiz da equação cos x − 5 sen x = 0.<br />
⎦
Professores Cícero, Carlos, Conrad e Ubiratan – Uniban 2011 71<br />
89) A função dada por y = 1<br />
x , em R* , possui f(–1) = –1 < 0 e f(1) = 1 > 0, mas não possui raiz entre –1<br />
e 1. Por que “falh<strong>ou</strong>” o teorema <strong>de</strong> Bolzano?<br />
90) Determine o valor <strong>de</strong> a <strong>de</strong> modo que a equação x 3 + x 2 + 5x + a = 0, tenha ao menos uma raiz no<br />
intervalo [–3, –1].<br />
91) Justifique que a função f(x) = cos<br />
e <strong>ou</strong>tra no intervalo [0, 1].<br />
π(x + 1)<br />
8<br />
+ 0,148x – 0,9062 possui uma raiz no intervalo [−1, 0]<br />
92) Justifique que a equação 4x − e x = 0 possui uma raiz no intervalo [0, 1] e <strong>ou</strong>tra no intervalo [2, 3].<br />
93) Dada a função polinomial f(x) = x 3 + 2x + 1, será possível f(x) = 0 em [–1, 4]?<br />
94) Quais as seguintes funções f têm uma <strong>de</strong>scontinuida<strong>de</strong> removível em a? Se a <strong>de</strong>scontinuida<strong>de</strong> for<br />
removível, encontre uma função g que é igual a f para x ≠ a e é contínua em R.<br />
x − 2<br />
a) f(x) = , a = 2<br />
x − 2<br />
x + 4<br />
b) f(x) = , a = –4<br />
x + 4<br />
2<br />
2x − 3x<br />
c) f(x) = , a = 9<br />
2x − 3<br />
7. Teorema do Valor Intermediário<br />
Se f for contínua em [a, b] e se γ for um rela compreendido entre f(a) e f(b), então existirá pelos<br />
menos um c em [a, b] tal que f(c) tal que f(c) = γ.<br />
Figura 16. Teorema do Valor Intermediário<br />
Observe que o teorema do anulamento é um caso particular do teorema do valor intermediário.
8. Teorema <strong>de</strong> Weierstrass<br />
em [a, b].<br />
Professores Cícero, Carlos, Conrad e Ubiratan – Uniban 2011 72<br />
Se f for contínua em [a, b], então existirão x1 e x2 em [a, b] tais que f(x1) ≤ f(x) ≤ f(x2) para todo x<br />
Figura 17. Teorema <strong>de</strong> Weierstrass<br />
O teorema <strong>de</strong> Weierstrass nos conta que, se f for contínua em [a, b], então existirão x1 e x2 em [a,<br />
b] tais que f(x1) é o valor mínimo <strong>de</strong> f em [a, b] e f(x2) o valor máximo <strong>de</strong> f em [a, b].<br />
Ou <strong>de</strong> <strong>ou</strong>tra forma: se f for contínua em [a, b], então f assumirá em [a, b] valor máximo e valor<br />
mínimo. Chamamos sua atenção para o fato <strong>de</strong> a hipótese <strong>de</strong> f ser contínua no intervalo fechado [a, b]<br />
ser indispensável; por exemplo, f(x) = 1<br />
, x ∈]0, 1], é contínua em ]0, 1] mas não assume, neste, valor<br />
x<br />
máximo.
Professores Cícero, Carlos, Conrad e Ubiratan – Uniban 2011 73<br />
Respostas<br />
Capítulo <strong>III</strong><br />
<strong>Sequência</strong> <strong>ou</strong> <strong>sucessão</strong> <strong>numérica</strong><br />
60. Uma sequência é uma lista or<strong>de</strong>nada <strong>de</strong> números. Po<strong>de</strong> também ser <strong>de</strong>finida como uma função cujo<br />
domínio é o conjunto dos inteiros positivos. O contradomínio <strong>de</strong> uma sequência será consi<strong>de</strong>rado o<br />
conjunto dos números reais, <strong>ou</strong> seja, f : N* → R.<br />
A cada número inteiro positivo “n” correspon<strong>de</strong> um número real f(n).<br />
n → f(n) / a1 = f(1) ; a2 = f(2) ; a3 = f(3) ; ... ; an = f(n)<br />
Ou seja, um conjunto <strong>de</strong> números que obe<strong>de</strong>cem a uma lei <strong>de</strong> formação, <strong>de</strong> modo que a passagem<br />
ao seu sucessor imediato se faça segundo a mesma lei.<br />
61. Significa que os elementos da sequência se aproximam <strong>de</strong> modo regular para o valor 8, <strong>de</strong> modo<br />
fixo, sem contudo atingí-lo.<br />
62. Significa que os elementos da sequência vão crescendo ilimitadamente, não se aproximando <strong>de</strong> um<br />
valor fixo.<br />
63. Se, quando n cresce, an se torna cada vez mais próximo <strong>de</strong> um número real L, diz-se que a<br />
sequência {an} tem limite L (<strong>ou</strong> converge para L) e se escreve: lim a n = L.<br />
Exemplos: an =<br />
⎛ 1 ⎞<br />
log ⎜1 + ⎟<br />
⎝ n ⎠ e an<br />
n<br />
= n<br />
2 .<br />
64. O que é uma sequência divergente? Dê dois exemplos.<br />
<strong>Sequência</strong> divergente é quando os elementos crescem in<strong>de</strong>finidamente, sem se aproximar <strong>de</strong> um<br />
valor, não existindo um limite.<br />
Exemplos: an = (–1) n e an = (–1) n i 2 n .<br />
65a) a1 = 0,8, a2 = 0,96, a3 = 0,992, a4 = 0,9994, a5 = 0,99968<br />
b) a1 = 1, a2 = 3<br />
5 , a3 = 1<br />
2 , a4 = 5<br />
11 , a5 = 6<br />
17<br />
c) a1 = –3, a2 = 3<br />
2 , a3 = 1<br />
− , a4 =<br />
2<br />
1<br />
8 , a5 =<br />
d) a1 = 1, a2 = 0, a3 = –1, a4 = 0, a5 = 1<br />
e) a1 = 3, a2 = 5, a3 = 9, a4 = 17, a5 = 33<br />
1<br />
−<br />
60<br />
x →∞
f) a1 = 4, a2 = 4<br />
3 , a3 = 4, a4 = 3<br />
2 , a5 = 3<br />
g) a1 = 2, a2 = 5, a3 = 8, a4 = 11, a5 = 14<br />
1<br />
2<br />
66a) a = n<br />
n<br />
1<br />
b) a n =<br />
2n<br />
c) a n = 5n − 3<br />
67a) Diverge<br />
b) Converge para 1<br />
3<br />
c) Converge para 5<br />
d) Converge para 1<br />
Professores Cícero, Carlos, Conrad e Ubiratan – Uniban 2011 74<br />
d)<br />
a n = ( 1)<br />
n<br />
− i<br />
n<br />
(n + 1)<br />
n−1 n−1 ⎛ 2 ⎞<br />
− i ⎜ ⎟<br />
e) a n = ( 1)<br />
⎝ 3 ⎠<br />
n n<br />
f) a n = ( − 1) + (+1)<br />
e) Converge para 0<br />
f) Diverge<br />
68a) 1060; 1123,60; 1191,02; 1262,48; 1338,23<br />
g) Diverge, entre –1 e 1<br />
h) Converge para 1<br />
i) Converge para 0<br />
b) Diverge, pois temos uma função exponencial <strong>de</strong> razão r = 1,06 > 1.<br />
69) 2<br />
70a) Decrescente<br />
b) Decrescente<br />
c) Crescente<br />
71a) Sim<br />
b) Sim<br />
c) Sim<br />
d) Sim<br />
d) Crescente<br />
e) Decrescente<br />
f) Decrescente<br />
e) Sim<br />
f) Não<br />
2<br />
g) Sim<br />
h) Sim<br />
g) a = 5n + 1<br />
n<br />
j) Converge para 2<br />
3<br />
k) Converge para 0<br />
g) Decrescente<br />
h) Decrescente<br />
i) Crescente<br />
i) Não<br />
72) Como {an} é uma sequência <strong>de</strong>crescente, temos que an > an + 1 para todo n ≥ 1. Como todos<br />
os termos variam entre 5 e 8, {an}, é uma sequência limitada. Pelo teorema da <strong>Sequência</strong><br />
Monotônica Limitada, {an} é convergente; isto é, {an} tem um limite L. L <strong>de</strong>ve ser menor do<br />
que 8, então {an} é <strong>de</strong>crescente. Então, 5 ≤ L < 8.<br />
73) Temos que<br />
x→2 lim f (x) = f(2) = 4, logo f(x) é contínua em x = 2.<br />
74) f(1) não existe, <strong>de</strong> modo que f(x) não é contínua. Definindo f(x) <strong>de</strong> modo que f(1) = lim f (x) = –8,<br />
x→1 se torna contínua em x = 1, isto é, x = 1 é uma <strong>de</strong>scontinuida<strong>de</strong> removível.
Professores Cícero, Carlos, Conrad e Ubiratan – Uniban 2011 75<br />
75) Como f(x) = x é contínua para qualquer ponto x = x0, também o serão f(x) = x i x = x 2 ,<br />
f(x) = x 2 i x = x 3 , f(x) = 2x 3 e, finalmente, f(x) = 2x 3 + x é contínua para qualquer ponto x = x0, pois a<br />
soma e produto <strong>de</strong> funções contínuas também são funções contínuas.<br />
76a) Para todo x exceto x = ± 1 (em que o <strong>de</strong>nominador é zero)<br />
b) Para todo x<br />
c) Para todo x > –10<br />
d) Para todo x ≠ 3<br />
e) Para todo x, pois lim f (x) = f(3)<br />
x→3 f) Para todo x, exceto x = 0<br />
g) Para todo x ≤ 0<br />
h) Para todo x, exceto x = ± π , ± 2π , ± 3π , ...<br />
77)<br />
x→4 lim f (x) = f(4)<br />
78) O gráfico não tem buraco, pulo <strong>ou</strong> assíntota vertical.<br />
79) O gráfico <strong>de</strong> y = f(x) <strong>de</strong>ve ter uma <strong>de</strong>scontinuida<strong>de</strong> em 3 e <strong>de</strong>ve ter −<br />
x→3 lim f (x) = f(3).
80a)<br />
Professores Cícero, Carlos, Conrad e Ubiratan – Uniban 2011 76<br />
b) É <strong>de</strong>scontínua em t = 1, 2, 3 e 4. A pessoa que <strong>de</strong>ixar seu carro no estacionamento <strong>de</strong>verá saber<br />
que o valor cobrado mudará no começo <strong>de</strong> cada hora.<br />
81) 6<br />
82a) f(–4) não está <strong>de</strong>finido e lim f (x) (para a = –2, 2 e 4) não existe.<br />
x→a b) –4, nenhum dos dois; –2, à esquerda; 2, à direita.<br />
83a) f(2) não está <strong>de</strong>finido
lim f (x) não existe<br />
b)<br />
x→0 c)<br />
x→−3 84) 2<br />
3<br />
Professores Cícero, Carlos, Conrad e Ubiratan – Uniban 2011 77<br />
lim f (x) ≠ f(–3), pois lim f (x) = –7 e f(–3) = –5.<br />
x→−3 2<br />
⎧ x − 2x − 8<br />
⎪ , se x ≠ −2<br />
85a) g(x) = ⎨ x + 2<br />
⎪<br />
⎩ − 6 , se x = − 2<br />
b) A <strong>de</strong>scontinuida<strong>de</strong> não é removível, pois lim f (x) = 1 e lim f (x) = –1.<br />
+<br />
−<br />
x→7 x→7
6<br />
⎧ x + 64<br />
⎪ , se x ≠ −4<br />
c) g(x) = ⎨ x + 4<br />
⎪<br />
⎩ 16 , se x = − 4<br />
d) g(x) =<br />
⎧3 − x<br />
⎪ , se x ≠ 9<br />
⎪ 9 − x<br />
⎨<br />
⎪ 1<br />
, se x = 9<br />
⎪⎩ 6<br />
Professores Cícero, Carlos, Conrad e Ubiratan – Uniban 2011 78<br />
86) f(–1) = –2 e f(4) = 73. Pelo teorema <strong>de</strong> Bolzano, temos que f(–1) i f(4) < 0. Logo existe, pelo<br />
menos, uma raiz entre [–1, 4].<br />
87) 0 < a < 14<br />
⎛ π ⎞<br />
⎛ π ⎞<br />
⎡ π ⎤<br />
88) f(0) = 1 e f ⎜ ⎟ = –5. Como f(0) i f ⎜ ⎟ < 0, há pelo menos 1 raiz em 0,<br />
⎝ 2 ⎠ ⎝ 2 ⎠<br />
⎢<br />
⎣ 2 ⎥<br />
⎦ .<br />
89) Por que a função não é contínua em [–1, 1].<br />
90) 5 < a < 33<br />
91) O teorema <strong>de</strong> Bolzano é satisfeito, pois f(–1) i f(0) < 0 e f(0) i f(1) < 0.<br />
92) Pelo teorema <strong>de</strong> Bolzano, temos que f(0) i f(–1) < 0 e f(2) i f(3) < 0. Portanto, a equação possui<br />
raízes nos intervalos dados.<br />
93) Sim, pois temos f(–1) i f(4) < 0, satisfazendo o teorema do anulamento.<br />
94a) A <strong>de</strong>scontinuida<strong>de</strong> não é removível, pois lim f (x) = 1 e lim f (x) = –1.<br />
+<br />
−<br />
x→2 x→2 b) A <strong>de</strong>scontinuida<strong>de</strong> não é removível, pois lim f (x) = 1 e lim f (x) = –1.<br />
+<br />
−<br />
x→−4 x→4 c) A <strong>de</strong>scontinuida<strong>de</strong> não é removível, pois lim f (x) = +<br />
x→3/ 2<br />
3<br />
2 1 e lim f (x) = −<br />
x→3/ 2<br />
3<br />
− .<br />
2
Bibliografia<br />
Professores Cícero, Carlos, Conrad e Ubiratan – Uniban 2011 79<br />
AVILA, G. Análise <strong>Matemática</strong> para licenciatura. 3 ed. São Paulo: Blucher, 2006.<br />
DANTE, L. R. <strong>Matemática</strong>: Conceitos & Aplicações. 3 ed. São Paulo: Ática, 2004.<br />
GUIDORIZZI, H. L. Curso <strong>de</strong> Cálculo. vol. 2. Rio <strong>de</strong> Janeiro: 2001<br />
FERREIRA, J. A construção dos números. 1 ed. Rio <strong>de</strong> Janeiro: SBM, 2010.<br />
FIGUEREIDO, D. G. Números Irracionais e Transcen<strong>de</strong>ntes. 3 ed. Rio <strong>de</strong> Janeiro: SBM, 2010.<br />
HOFFMANN, L. D.; BRADLEY, G. L. Cálculo: um curso mo<strong>de</strong>rno e suas aplicações. Rio <strong>de</strong><br />
Janeiro, LTC, 2002<br />
LIMA, E. L. Curso <strong>de</strong> Análise. vol. I. São Paulo: IMPA, 2001<br />
LOUREIRO, C.; PERES, E. e GARCIA, M. A Contribuição da Análise <strong>Matemática</strong> na Formação<br />
<strong>de</strong> Professores.<br />
NAME, M. A. Tempo <strong>de</strong> <strong>Matemática</strong>. s.e. São Paulo: Editora do Brasil, 1996.<br />
SPIEGEL, M. R. Cálculo Avançado. 3 ed. São Paulo: McGraw Hill, 1974.<br />
STEWART, J. Cálculo. vol. I. 5 ed. São Paulo: Cengage Learning, 2011.<br />
STEWART, J. Cálculo. vol. II. 5 ed. São Paulo: Cengage Learning, 2011.<br />
THOMAS, G. B. Cálculo. vol. I São Paulo, Pearson, 2005.
Professores Cícero, Carlos, Conrad e Ubiratan – Uniban 2011 80<br />
Anexo 1<br />
O valor <strong>de</strong> π<br />
A primeira referência ao valor <strong>de</strong> π (pi) aparece na Bíblia, no Primeiro Livro dos Reis, 7,<br />
versículo 23: “Fez mais o mar <strong>de</strong> fundição, <strong>de</strong> <strong>de</strong>z côvados, <strong>de</strong> uma borda até à <strong>ou</strong>tra borda, redondo<br />
ao redor, e <strong>de</strong> cinco côvados ao alto; e um cordão <strong>de</strong> trinta côvados o cingia, em redor.” Aqui, o<br />
valor <strong>de</strong> π é 3, bastante inexacto, portanto.<br />
Des<strong>de</strong> sempre, este número mágico <strong>de</strong>spert<strong>ou</strong> a atenção dos estudiosos. Os historiadores<br />
calculam que, <strong>de</strong>s<strong>de</strong> 2000 a.C., os homens têm consciência <strong>de</strong> que a razão entre a circunferência e o<br />
seu diâmetro é igual para todos os círculos. Deram conta que, se duplicarem a distância através <strong>de</strong> um<br />
círculo, então também a distância em volta <strong>de</strong>le é igual ao dobro. Em notação algébrica, diremos que<br />
π = circunferência<br />
diâmetro<br />
em que o valor <strong>de</strong> π é constante. Note-se que o nome “pi”, usando a letra grega, só foi introduzido em<br />
1706 por William Jones (1675-1749).<br />
O valor exato <strong>de</strong> π <strong>de</strong>s<strong>de</strong> cedo <strong>de</strong>spert<strong>ou</strong> o interesse dos matemáticos. Arquime<strong>de</strong>s <strong>de</strong> Siracusa<br />
(287-212 a.C.) cheg<strong>ou</strong> ao valor <strong>de</strong> 22<br />
7<br />
<strong>ou</strong> seja 3,142857…<br />
Só no século XV<strong>III</strong> é que se prov<strong>ou</strong> que π é um número irracional, isto é que não po<strong>de</strong> ser<br />
expresso como uma fração, própria <strong>ou</strong> imprópria. Em termos práticos, isso significa que o número <strong>de</strong><br />
casas <strong>de</strong>cimais que π po<strong>de</strong> ter é infinito.<br />
No século XIX, <strong>de</strong>monstr<strong>ou</strong>-se que π é um número transcen<strong>de</strong>ntal, isto é, não po<strong>de</strong> ser expresso<br />
por uma equação algébrica com coeficientes racionais.<br />
Como corolário, <strong>de</strong>ve dizer-se que é impossível fazer a “quadratura do círculo”, isto é, <strong>de</strong>senhar<br />
um quadrado com o mesmo perímetro <strong>de</strong> <strong>de</strong>terminado círculo.<br />
Po<strong>de</strong>m apreciar-se na tabela a seguir os progressos feitos no cálculo do valor <strong>de</strong> π. Só no século<br />
XX, nos anos 50, é que se começaram a utilizar computadores para o cálculo das casas <strong>de</strong>cimais <strong>de</strong> π.<br />
Os valores <strong>de</strong> π através dos séculos<br />
Pessoas/Povo Ano Valor<br />
Babilônia ~2000 B.C. 3 1<br />
8<br />
Egípcios ~2000 B.C.<br />
⎛16 ⎞<br />
⎜ ⎟ = 3,1605<br />
⎝ 9 ⎠<br />
Chineses ~1200 B.C. 3<br />
2
Professores Cícero, Carlos, Conrad e Ubiratan – Uniban 2011 81<br />
Antigo Testamento ~550 B.C. 3<br />
Arquime<strong>de</strong>s ~300 B.C.<br />
Ptolomeu ~200 A.D.<br />
encontra 3 10 1<br />
< π < 3<br />
71 7<br />
211 875<br />
usa = 3,14163<br />
67 441<br />
377<br />
= 3,14166...<br />
120<br />
Chung Huing ~300 A.D. 10 = 3,16...<br />
Wang Fau 263 A.D.<br />
157<br />
= 3,14<br />
50<br />
Tsu Chung-Chi ~500 A.D. 3,1415926 < π < 3,1415929<br />
Aryabhatta ~500 3,1416<br />
Brahmagupta ~600 10<br />
Al-Khwarizmi 820 3,1416<br />
Fibonacci 1220 3,141818<br />
Ludolph van Ceulen 1596<br />
Calcula π<br />
<strong>de</strong>cimais<br />
até 35 casas<br />
Machin 1706 100 casas <strong>de</strong>cimais<br />
Lambert 1766 Prova que π é irracional<br />
Richter 1855 500 casas <strong>de</strong>cimais<br />
Lin<strong>de</strong>man 1882 Prova que π é transcen<strong>de</strong>ntal<br />
Ferguson 1947 808 casas <strong>de</strong>cimais<br />
Computador<br />
Pegasus<br />
1957 7 840 casas <strong>de</strong>cimais<br />
IBM 7090 1961 100 000 casas <strong>de</strong>cimais<br />
CDC 6600 1967 500 000 casas <strong>de</strong>cimais<br />
Eis algumas das fórmulas utilizadas para calcular o valor <strong>de</strong> π em computador:<br />
François Viète (1540-1603) <strong>de</strong>termin<strong>ou</strong> que:<br />
π =<br />
2<br />
1 1 1 1 1 1 1 1<br />
i + i + + i ...<br />
2 2 2 2 2 2 2 2<br />
John Wallis (1616-1703) mostr<strong>ou</strong> que:<br />
π =<br />
2i2i4i4i6i6... 2<br />
1i3i3i5i5i7... Euler (1707-1783) construiu esta fórmula:<br />
2 ∞ π 1<br />
∑<br />
=<br />
6 n<br />
1<br />
2
Observações:<br />
Professores Cícero, Carlos, Conrad e Ubiratan – Uniban 2011 82<br />
1 - Abu Ja'far Muhammad ibn Musa Al-Khwarizmi, matemático árabe nascido em Bagdad, por volta<br />
<strong>de</strong> 780, faleceu em 850. Do seu nome <strong>de</strong>rivam as palavras "algarismo" em português e "guarismo" em<br />
castelhano (guardamos sempre o artigo árabe nas palavras <strong>de</strong>rivadas daquela língua). Para além disso,<br />
escreveu um livro chamado "al-Kitab al-mukhtasar fi hisab al-jabr wa'l-muqabala" (traduzido para<br />
inglês com o título "The Compendi<strong>ou</strong>s Book on Calculation by Completion and Balancing”. De Al<br />
jabr, vem o nome Álgebra. Mais: sabe-se que Al-Khwarizmi escreveu um livro que <strong>de</strong>sapareceu, mas<br />
<strong>de</strong> que cheg<strong>ou</strong> até nós uma tradução latina com o título "Algoritmi <strong>de</strong> numero Indorum", <strong>ou</strong> seja, "Al-<br />
Khwarizmi sobre o modo Hindu <strong>de</strong> contar" e do nome latino que ali lhe <strong>de</strong>ram <strong>de</strong>riv<strong>ou</strong> o termo<br />
“algoritmo”.<br />
2 – Um número irracional é aquele que não po<strong>de</strong> ser expresso como uma fração (própria <strong>ou</strong> imprópria).<br />
Fração própria é a que tem o numerador inferior ao <strong>de</strong>nominador. Fração imprópria é aquela em que o<br />
numerador é maior <strong>ou</strong> igual ao <strong>de</strong>nominador. O numerador e o <strong>de</strong>nominador são, evi<strong>de</strong>ntemente,<br />
inteiros. Um número primo é um número maior do que 1, que não é divisível por nenhum número<br />
inteiro positivo, que não seja 1 <strong>ou</strong> o próprio número. Um número composto é um número inteiro<br />
positivo diferente <strong>de</strong> 1 e que não é número primo.<br />
3 – Os números transcen<strong>de</strong>ntais não po<strong>de</strong>m ser expressos como sendo a raiz <strong>de</strong> uma qualquer equação<br />
algébrica, com coeficientes racionais. Isto significa que π não po<strong>de</strong> satisfazer com exatidão equações<br />
do tipo 10,9π 4 – 240π² + 1492 = 0. Este tipo <strong>de</strong> equações envolve sempre números inteiros para o valor<br />
<strong>de</strong> π. O número π po<strong>de</strong> ser expresso através <strong>de</strong> uma fracção que não tem fim <strong>ou</strong> como o limite <strong>de</strong> uma<br />
série infinita. A fração 355<br />
113<br />
exprime o valor <strong>de</strong> π com exatidão até seis casas <strong>de</strong>cimais.<br />
Em 1882, o matemático alemão F. Lin<strong>de</strong>mann prov<strong>ou</strong> que π é transcen<strong>de</strong>ntal, acabando com<br />
2500 anos <strong>de</strong> especulação. Com efeito, prov<strong>ou</strong> que π transcen<strong>de</strong> o po<strong>de</strong>r <strong>de</strong> a álgebra o representar na<br />
sua totalida<strong>de</strong>. Não po<strong>de</strong> ser representado através <strong>de</strong> qualquer série finita <strong>de</strong> operações aritméticas <strong>ou</strong><br />
algébricas. Não po<strong>de</strong> ser escrito num pedaço <strong>de</strong> papel tão gran<strong>de</strong> como o universo.<br />
Site consultado<br />
http://www.arlindo-correia.com/040901.html acessado em julho <strong>de</strong> 2008
Professores Cícero, Carlos, Conrad e Ubiratan – Uniban 2011 83<br />
Anexo 2<br />
O número e, por quê?<br />
A noção <strong>de</strong> logaritmo quase sempre nos é apresentada, pela primeira vez, do seguinte modo: “o<br />
logaritmo <strong>de</strong> um número y na base a é o expoente x tal que a x = y”.<br />
Segue-se a observação: “os números mais frequentemente usados como base <strong>de</strong> um sistema <strong>de</strong><br />
logaritmos são 10, e o número e = 2,71828182...”; o que nos <strong>de</strong>ixa intrigados.<br />
De saída, uma pergunta ingênua: esta regularida<strong>de</strong> na sequência dos algarismos <strong>de</strong>cimais <strong>de</strong>sse<br />
número e persiste? Não. Apenas uma coincidência no começo. Um valor mais preciso seria e =<br />
2,718281828459...<br />
Não se trata <strong>de</strong> uma fração <strong>de</strong>cimal periódica. O número e é irracional, isto é, não po<strong>de</strong> ser obtido<br />
como quociente e = p/q <strong>de</strong> dois inteiros. Mais ainda: é um irracional transcen<strong>de</strong>nte. Isto significa que<br />
não existe um polinômio P(x) com coeficiente inteiros, que se anule para x = e, <strong>ou</strong> seja, que tenha e<br />
como raiz.<br />
Por que então a escolha <strong>de</strong> um número tão estranho como base <strong>de</strong> logaritmos? O que faz esse<br />
número tão importante? Talvez a resposta mais concisa seja que o número e é importante porque é<br />
inevitável. Surge espontaneamente em várias questões básicas.<br />
Uma das razões pelas quais a <strong>Matemática</strong> é útil às Ciências em geral está no Cálculo (Diferencial<br />
e Integral), que estuda a variação das gran<strong>de</strong>zas. Um tipo <strong>de</strong> variação dos mais simples e comumente<br />
encontrados é aquele em que o crescimento (<strong>ou</strong> <strong>de</strong>crescimento) da gran<strong>de</strong>za em cada instante é<br />
proporcional ao valor da gran<strong>de</strong>za naquele instante. Este tipo <strong>de</strong> variação ocorre, por exemplo, em<br />
questões <strong>de</strong> juros, crescimento populacional (<strong>de</strong> pessoas <strong>ou</strong> bactérias), <strong>de</strong>sintegração radioativa, etc.<br />
Em todos os fenômenos <strong>de</strong>ssa natureza, o número e aparece <strong>de</strong> modo natural e insubstituível. Vejamos<br />
um exemplo simples.<br />
Suponhamos que eu empreste a alguém a quantia <strong>de</strong> 1real a juros <strong>de</strong> 100% ao ano. No final do<br />
ano, essa pessoa viria pagar-me e traria 2 reais: 1 que tomara emprestado e 1 dos juros. Isto seria justo?<br />
Não. O justo seria que eu recebesse e reais. Vejamos por que. Há um entendimento tácito nessas<br />
transações, <strong>de</strong> que os juros são proporcionais ao capital emprestado e ao tempo <strong>de</strong>corrido entre o<br />
empréstimo e o pagamento.<br />
Assim, se meu cliente viesse me pagar seis meses <strong>de</strong>pois do empréstimo, eu receberia apenas 1<br />
1 2<br />
reais. Mas isto quer dizer que, naquela ocasião, ele estava com 1 ½ real meu e fic<strong>ou</strong> com esse dinheiro<br />
mais seis meses, à taxa <strong>de</strong> 100% ao ano; logo <strong>de</strong>veria pagar-me
Professores Cícero, Carlos, Conrad e Ubiratan – Uniban 2011 84<br />
2<br />
1 1 ⎛ 1 ⎞ 1 1 ⎛ 1 ⎞<br />
1 + ⎜1 ⎟ = 1 x 1 = ⎜1 + ⎟ reais no fim do ano. Isto me daria 2,25 reais, mas, mesmo assim,<br />
2 2 ⎝ 2 ⎠ 2 2 ⎝ 2 ⎠<br />
eu não acharia justo.<br />
período <strong>de</strong><br />
1 ano<br />
n<br />
Eu po<strong>de</strong>ria dividir o ano num número arbitrário n, <strong>de</strong> partes iguais. Transcorrido o primeiro<br />
1 ano<br />
n<br />
, eu estaria<br />
, meu capital emprestado estaria valendo<br />
⎛ 1 ⎞<br />
⎜1 + ⎟<br />
⎝ n ⎠<br />
2<br />
1<br />
1 + n reais. No fim do segundo período <strong>de</strong><br />
⎛ 1 ⎞<br />
reais, e assim por diante. No fim do ano eu <strong>de</strong>veria receber ⎜1 + ⎟<br />
⎝ n ⎠ reais.<br />
Mas, como posso fazer esse raciocínio para todo n, segue-se que o justo e exato valor que eu <strong>de</strong>veria<br />
⎛ 1 ⎞<br />
receber pelo meu real emprestado seria lim ⎜1 + ⎟ , que apren<strong>de</strong>mos nos cursos <strong>de</strong> Cálculo ser igual<br />
n→∞ ⎝ n ⎠<br />
ao número e. Um <strong>ou</strong>tro exemplo no qual o número e aparece.<br />
n<br />
Fonte: Adaptado do artigo <strong>de</strong> Elon Lages Lima<br />
n