Cálculo 1 – Funções Contínuas

Aproximação de Raízes, Limites no Infinito e Introdução às Assíntotas

Encontrar raízes de polinômios de grau maior ou igual a 3 nem sempre é uma tarefa simples, especialmente porque, a partir do grau 5, não existe uma fórmula geral para resolver essas equações. Assim, métodos de aproximação tornam-se ferramentas essenciais para encontrar soluções com a precisão desejada.

Aproximação de Raízes

Se sabemos que um polinômio \(P(x)\) muda de sinal em um intervalo, como entre \(x=2\) e \(x=3\), o Teorema do Valor Intermediário garante que existe ao menos uma raiz neste intervalo. Para aproximá-la, podemos dividir o intervalo em subintervalos menores, avaliando:

Assim, obtemos uma estimativa com precisão de até \(0,1\). Repetindo o processo com divisões menores, conseguimos aproximações de \(0,01\) e assim por diante.

Por que não usamos uma fórmula para grau 3?

Embora exista uma fórmula para raízes de polinômios cúbicos, ela é longa e pouco prática. Por isso, na prática, a técnica de subdivisão do intervalo (método da bisseção) é mais eficiente para encontrar raízes reais de maneira aproximada.

Limites no Infinito

Estudar o comportamento de uma função quando \(x \to +\infty\) ou \(x \to -\infty\) é fundamental para compreender suas tendências e determinar assíntotas horizontais.

Se uma função \(f(x)\) satisfaz:

então a reta \(y = L\) é uma assíntota horizontal.

Exemplo com Função Racional

Considere a função:

O domínio exclui \(x = 1\), pois ocorre divisão por zero. Vamos analisar:

• Quando \(x \to 1^+\), \(f(x) \to +\infty\);
• Quando \(x \to 1^-\), \(f(x) \to -\infty\);
• Quando \(x \to +\infty\), \(\lim f(x) = 1\);
• Quando \(x \to -\infty\), \(\lim f(x) = 1\).

Assim, \(x = 1\) é uma assíntota vertical, e \(y = 1\) é uma assíntota horizontal.

Definição Formal de Limite no Infinito

Para dizer que \( \lim_{x \to +\infty} f(x) = L \), exigimos que:

Isso significa que, ao crescer indefinidamente, a função permanece cada vez mais próxima de \(L\).

Exemplo com Exponencial

A função \(e^x\) é um exemplo clássico:

• \( \lim_{x \to +\infty} e^x = +\infty \);
• \( \lim_{x \to -\infty} e^x = 0 \).

Note que a reta \(y = 0\) é uma assíntota horizontal para \(e^x\) quando \(x \to -\infty\).

Assíntotas

Assíntotas podem ser:

• Verticais: quando \(f(x) \to \pm \infty\) ao se aproximar de um ponto \(x_0\) (exemplo: \(x=1\) para \(f(x)=\frac{x+1}{x-1}\)).
• Horizontais: quando \( \lim_{x \to \pm \infty} f(x) = L \) (exemplo: \(y=1\) para a função anterior).
• Inclinadas: quando a função se aproxima de uma reta \(y = mx + b\), analisadas por limites especiais.

Conexão com Derivadas

O estudo de limites é a base para introduzir derivadas. A derivada de uma função mede sua taxa de variação instantânea e também determina a inclinação da reta tangente ao gráfico da função em um ponto. A partir da próxima etapa, estudaremos a derivada com profundidade, conectando-a com o comportamento crescente e decrescente das funções.

Exercícios Propostos

1. Use o método da bisseção para aproximar a raiz de \( P(x) = x^3 – 2x – 3 \) no intervalo \([2,3]\) com precisão de \(0,01\).
2. Determine as assíntotas da função \( f(x) = \frac{2x-5}{x+3} \).
3. Mostre que \( \lim_{x \to -\infty} e^x = 0 \) usando a definição formal de limite.