sexta-feira, 4 de junho de 2010

Vértice da Função do 2º grau

Sabemos que o gráfico de uma função do 2º grau é uma parábola no plano \mathbb R^2. Em algumas situações é interessante determinar em que ponto (x,y) está situado o vértice da parábola, ponto este que é o máximo (se a concavidade da parábola está para cima) ou mínimo (caso contrário) valor que a função atinge.

Para encontrar este vértice consideramos 3 possíveis situações em que se pode encontrar a função: 1 - a função tem duas raízes; 2 - a função tem uma única raiz; 3 - a função não tem raiz. Estas três situações são ilustradas abaixo:

Em todo caso, encontrar as raízes de uma função f(x)=ax^2+bx+c é o mesmo que resolver a equação ax^2+bx+c=0 que como sabemos possui ou não solução real dependendo do discriminante \Delta=b^2-4ac . As condições são:

  1. ax^2+bx+c=0 possui 2 raízes reais se ;
  2. uma raiz real se \Delta=0;
  3. nenhuma raiz real se \Delta<0.


Observando a figura acima e considerando estas 3 condições de \Delta podemos notar que a função
f(x)=ax^2+bx+c terá valor no vértice igual a zero se seu discriminante for igual a zero. Podemos ver isto nos exemplos abaixo:



Agora, se h é o valor que uma função f(x)=ax^2+bx+c assume em seu vértice (h pode ser máximo ou mínimo) consideramos a função g(x)=f(x)-h=ax^2+bx+(c-h).


Podemos notar que a função g(x) além de continuar sendo uma função do 2º grau, também o valor que assume no vértice é zero, isto pode ser verificado notando que ao somar -h a f(x) estamos apenas transladando o seu gráfico verticalmente, isto é, se f(x_v) é o valor de f no vértice então g(x_v) também é o valor de g no vértice, e além disso g(x_v)=f(x_v)-h=h-h=0.


Neste caso para encontrar o vértice (x_v,y_v), y_v=h, de f(x) basta encontrar os valores de x_v e h em g(x), o que é particularmente fácil pois, como g(x) tem uma única solução (seu vértice toca o eixo x) seu discriminante é zero, em outras palavras:


\begin{array}{rcl}\Delta_g&=&0\\b^2-4a(c-h)&=&0\\-4ac+4ah&=&-b^2\\4ah&=&-b^2+4ac\\ h&=&\dfrac{-b^2+4ac}{4a}\\h&=&\dfrac{-\Delta_f}{4a}\end{array}

E o valor de x0 é, portanto:

\begin{array}{rcl}x_v&=&\dfrac{-b\pm\sqrt{\Delta_g}}{2a}\\{}&=&\dfrac{-b}{2a}\end{array}

Ou seja, o ponto que é o vértice do gráfico da função f(x)=ax^2+bx+c é:
(x_v,y_v)=(-\dfrac{b}{2a},-\dfrac{\Delta}{4a})

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