Matemática · 8.ª–12.ª classe

O que é a função exponencial?

  • 8 min de leitura
  • 4 exemplos resolvidos
  • 5 exercícios com solução
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Resposta curta

A função exponencial é uma função da forma f(x) = ax, em que a base a é um número positivo diferente de 1 e a variável x está no expoente. Tem domínio igual a todos os reais, só toma valores positivos, passa sempre no ponto (0, 1) e descreve crescimentos ou decaimentos por multiplicação repetida.

Definição e características

Numa função de potência, como x2, a variável está na base. Na função exponencial é ao contrário: a base é um número fixo e a variável está no expoente. Por exemplo, f(x) = 2x e g(x) = (1/2)x são funções exponenciais; já h(x) = x2 não é.

Porque a > 0 e a ≠ 1

  • Se a = 1, então 1x = 1 para todo o x: seria uma função constante, sem interesse.
  • Se a < 0, a potência deixaria de estar definida para muitos expoentes (por exemplo, a raiz quadrada de um número negativo).
  • Se a = 0, só teríamos 0x = 0 para x positivo, e o resto ficaria indefinido.

Propriedades principais

Propriedadea > 1 (ex.: 2x)0 < a < 1 (ex.: (1/2)x)
Domínioℝ (todos os reais)ℝ
Contradomínio]0, +∞[]0, +∞[
Monotoniaestritamente crescenteestritamente decrescente
Ponto fixo do gráfico(0, 1)(0, 1)
Zerosnão temnão tem
Assíntota horizontaly = 0 (à esquerda)y = 0 (à direita)

Em palavras: o gráfico fica sempre acima do eixo dos xx, aproxima-se dele sem nunca o tocar e corta o eixo dos yy em 1, porque a0 = 1 seja qual for a base.

Regras das potências (úteis nesta função)

a(x+y) = ax × ay · a(x−y) = ax ÷ ay · a(−x) = 1 ÷ ax · (ax)y = a(xy)

Exemplos do quotidiano

A função exponencial aparece sempre que uma quantidade é multiplicada pelo mesmo fator em intervalos iguais: bactérias que se dividem, dinheiro com juros compostos, a perda de valor de um equipamento, o arrefecimento de uma bebida. Em todos os casos usa-se a forma y = C × at, onde C é o valor inicial e a é o fator de multiplicação por período.

Exemplos resolvidos

Exemplo 1 — Calcular valores

Enunciado: Seja f(x) = 3x. Calcule f(0), f(2), f(4) e f(−1).

Resolução:

  1. f(0) = 30 = 1.
  2. f(2) = 32 = 9.
  3. f(4) = 34 = 81.
  4. f(−1) = 3(−1) = 1/3.

Resposta: 1, 9, 81 e 1/3. Verificação: os valores aumentam com x, como é próprio de uma base maior que 1, e todos são positivos.

Exemplo 2 — Crescente ou decrescente?

Enunciado: Classifique quanto à monotonia: (a) f(x) = 5x; (b) g(x) = (0,3)x; (c) h(x) = (3/2)x; (d) j(x) = (1/4)x.

Resolução: compare a base com 1.

  1. (a) base 5 > 1: crescente.
  2. (b) base 0,3, entre 0 e 1: decrescente.
  3. (c) base 3/2 = 1,5 > 1: crescente.
  4. (d) base 1/4, entre 0 e 1: decrescente.

Resposta: (a) e (c) crescentes; (b) e (d) decrescentes.

Exemplo 3 — Crescimento de bactérias

Enunciado: Numa cultura há 1 000 bactérias e o número duplica de hora a hora. Escreva a função que dá o número de bactérias ao fim de t horas e calcule-o para t = 5.

Resolução:

  1. Valor inicial C = 1 000; fator de multiplicação por hora a = 2.
  2. P(t) = 1 000 × 2t.
  3. P(5) = 1 000 × 25 = 1 000 × 32 = 32 000.

Resposta: P(t) = 1 000 × 2t; ao fim de 5 horas há 32 000 bactérias. Verificação: duplicando cinco vezes: 1 000 → 2 000 → 4 000 → 8 000 → 16 000 → 32 000.

Exemplo 4 — Juros compostos e perda de valor

Enunciado: (a) Depositam-se 100 000 Kz num banco que paga 10% ao ano, com juros compostos. Quanto haverá ao fim de 3 anos? (b) Um gerador de 800 000 Kz perde 25% do valor em cada ano. Qual o valor ao fim de 2 anos?

Resolução:

  1. (a) Aumentar 10% é multiplicar por 1,1. Valor = 100 000 × 1,13. Como 1,13 = 1,331, o valor é 133 100 Kz.
  2. (b) Perder 25% é ficar com 75%, isto é, multiplicar por 0,75. Valor = 800 000 × 0,752 = 800 000 × 0,5625 = 450 000 Kz.

Resposta: (a) 133 100 Kz; (b) 450 000 Kz. Verificação de (b): 800 000 × 0,75 = 600 000; 600 000 × 0,75 = 450 000.

Erros frequentes

  • Confundir x2 com 2x. Em x2 a variável está na base; em 2x está no expoente. Para x = 3 dão 9 e 8, respetivamente. Pergunte sempre: quem é que varia, a base ou o expoente?
  • Dizer que 2x tem zeros. Uma potência de base positiva nunca é 0 nem negativa. Resolver 2x = 0 não tem solução.
  • Esquecer a(−x) = 1/ax. Um expoente negativo não torna o resultado negativo: 3(−2) = 1/9, e não −9.
  • Pensar que base entre 0 e 1 dá função crescente. Com 0 < a < 1 a função é decrescente, porque se multiplica por um número menor que 1.
  • Somar percentagens em vez de multiplicar. Aumentar 10% duas vezes não é aumentar 20%: é multiplicar por 1,1 × 1,1 = 1,21.
  • Distribuir o expoente pela soma. a(x+y) não é ax + ay; é ax × ay.

Exercícios propostos

Tente resolver primeiro no caderno; depois confira.

1Exercício 1

Seja f(x) = 2x. Calcule f(3), f(0) e f(−2).

Ver solução

f(3) = 23 = 8; f(0) = 1; f(−2) = 2(−2) = 1/22 = 1/4.

2Exercício 2

Resolva a equação 2x = 64.

Ver dica

Escreva 64 como potência de 2.

Ver solução

64 = 26, logo 2x = 26. Como a função exponencial é injetiva, x = 6.

3Exercício 3

Resolva a equação 5(2x − 1) = 125.

Ver solução

125 = 53, logo 2x − 1 = 3, 2x = 4 e x = 2. Verificação: 5(2×2−1) = 53 = 125.

4Exercício 4

Uma cultura começa com 200 bactérias, que duplicam de hora a hora. Quantas há ao fim de 4 horas?

Ver solução

N(t) = 200 × 2t. N(4) = 200 × 16 = 3 200 bactérias.

5Exercício 5

Resolva a inequação 2x > 8 e a equação 4x = 1/16.

Ver dica

Como 2 > 1, a função 2x é crescente e mantém o sentido da desigualdade. Para a segunda, escreva 1/16 como potência de 4.

Ver solução

Primeira: 8 = 23, logo 2x > 23, e como a base é maior que 1, x > 3. Segunda: 1/16 = 4(−2), logo 4x = 4(−2) e x = −2.

Perguntas frequentes

Qual é a diferença entre função exponencial e função de potência?

Na função de potência (x2, x3) a base varia e o expoente é fixo; na exponencial (2x, 3x) a base é fixa e o expoente varia. O comportamento é muito diferente: para valores grandes de x, a exponencial cresce muito mais depressa.

Porque é que o gráfico passa sempre por (0, 1)?

Porque qualquer número diferente de zero elevado a 0 é igual a 1. Assim f(0) = a0 = 1, seja qual for a base.

O que significa a assíntota y = 0?

Significa que o gráfico se aproxima cada vez mais do eixo dos xx, sem nunca o atingir, num dos lados. Isso acontece porque ax fica muito pequeno, mas nunca chega a ser zero.

Existe uma base especial?

Sim, o número de Neper e ≈ 2,718, muito usado em ciências e em economia. A função ex é uma exponencial como as outras, com base e > 1, e costuma ser estudada com mais detalhe nas classes finais.

Resumo

  • Função exponencial: f(x) = ax, com a > 0 e a ≠ 1; a variável está no expoente.
  • Domínio ℝ, contradomínio ]0, +∞[; o gráfico passa em (0, 1) e não corta o eixo dos xx.
  • Se a > 1 é crescente; se 0 < a < 1 é decrescente.
  • Modela fenómenos de multiplicação repetida: y = C × at.
  • Para resolver equações simples, reduza ambos os membros à mesma base e iguale os expoentes.

Onde aprofundar

  • O manual de Matemática da sua classe e o programa oficial (INIDE / Ministério da Educação de Angola) — confirme a edição em vigor.
  • O manual aberto OpenStax Precalculus (em inglês), capítulo sobre funções exponenciais e logarítmicas.
  • Os apontamentos de Álgebra do ensino secundário do seu professor, para mais exercícios de equações exponenciais.

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