Função exponencial: Conceito, exemplos e gráfico

Onde há crescimento ou decrescimento de algo, a função exponencial estará presente, devido a suas características, ela é um ótimo modelo para se analisar o aumento populacional, taxa de juros e até mesmo a propagação de um vírus de acordo com o número de pessoas infectadas.

O que é uma função exponencial?

Ela é uma função que possui um exponencial, ou seja, uma constante elevada a uma letra (variável).

Exemplos:

1) 2𝑥

2) 3𝑥

3) (15)𝑥

Sua forma geral é:

𝑓(𝑥)=𝑎𝑥

Onde 𝑎 deve ser um número real positivo diferente de 1. Não há restrição quanto ao domínio da função, portanto, independentemente do valor de 𝑥, não ocorrerá uma indeterminação, no entanto, o contradomínio (valores possíveis para 𝑓(𝑥)) será o conjunto dos reais positivos diferentes de zero, isso se dá pela base ser maior que zero e pelo fato que nenhum expoente é capaz de mudar o sinal da base, tornando assim impossível o resultado da função ser negativo.

O sinal da variável que vai no expoente pode ser negativo, isso irá impactar única e exclusivamente o comportamento do gráfico da função, como veremos ao longo do artigo.

Gráfico da função exponencial

Há dois tipos de formatos para o gráfico da função exponencial, o primeiro e mais conhecido é o de uma curva que cresce infinitamente, iniciando com valores muito baixos de 𝑓(𝑥), próximos de zero

E o outro é uma curva que da esquerda para a direita parte de um valor muito alto de 𝑓(𝑥) (beirando o infinito) e que vai decrescendo até chegar muito perto do zero, só que sem nunca chegar a zerar

O que vai determinar se teremos a primeira ou a segunda situação é a base do exponencial, se ela for maior que 1 o gráfico será crescente e se for um valor entre 0 e 1, o gráfico terá o formato de uma curva decrescente.

Como fazer o gráfico da função exponencial?

Todas as funções exponenciais “puras” (no formato 𝑓(𝑥) =𝑎𝑥) intersectarão o eixo 𝑦 em 𝑦 =1, pois para acharmos onde o gráfico toca no eixo vertical, zeramos o valor de 𝑥, só que qualquer número elevado à zero resultará em 1, por isso todos os gráficos irão intersectá-lo no ponto (0,1), e ela nunca irá tocar o eixo 𝑥. O que irá mudar de um gráfico para o outro é se ele é crescente ou decrescente (a depender da base) e a quão acentuada a curva é.

Se a função for crescente, o gráfico começará a aumentar bem devagar, e após intersectar o eixo vertical em 𝑦 =1, começará a crescer de forma acentuada, para termos uma ideia de como será esse crescimento, podemos substituir os valores 1, 2 e 3 para 𝑥, encontrar seus correspondentes em 𝑦 e depois ligamos os pontos e prolongamos a curva mais ou menos com a mesma inclinação que ela tiver inicialmente. Caso ela seja decrescente, substituiremos os valores 1, 2 e 3, uma vez que o gráfico intersecte o eixo 𝑦, ele irá gradativamente se aproximar de zero.

Exemplo:

Determine o gráfico da função 𝑓(𝑥) =2𝑥

 

A base é maior que 1, portanto, o gráfico será crescente, agora vamos substituir os valores 𝑥 =1, 𝑥 =2 e 𝑥 =3, na função, para marcarmos os pontos no plano cartesiano e montarmos o gráfico

1)

𝑓(𝑥) =2𝑥

𝑓(1) =21 =2

2)

𝑓(𝑥) =2𝑥

𝑓(2) =22 =4

3)

𝑓(𝑥) =2𝑥

𝑓(3) =23 =8

Agora montamos o gráfico, não será uma representação perfeita, mas será o suficiente para entendermos o comportamento da função

Uma consideração importante a ser feita é que a variável pode ter sinal negativo, isso não fará com que a função deixe de ser exponencial, só que o comportamento do gráfico em relação a base irá se inverter, ou seja, se 𝑎 for maior que 1, o gráfico será decrescente, e se estiver entre 0 e 1, será crescente.

Exemplo:

Determine o gráfico da função 𝑓(𝑥) =3𝑥

 

Normalmente, essa função resultaria em um gráfico crescente, pois a base é maior que zero, só que o expoente é negativo, ou seja, a curva do gráfico será decrescente. Nesse caso, vamos substituir os valores 1, 2 e 3 para 𝑥 na função

1)

𝑓(𝑥) =3𝑥

𝑓(1) =3(1) =31 =3

2)

𝑓(𝑥) =3𝑥

𝑓(2) =3(2) =32 =9

3)

𝑓(𝑥) =3𝑥

𝑓(3) =3(3) =33 =27

Então, podemos montar o gráfico aproximado

Podemos enxergar essa função de uma outra forma, para que fique fácil a visualização de o porquê ela é decrescente:

𝑓(𝑥)=3𝑥

𝑓(𝑥)=(31)𝑥

𝑓(𝑥)=(131)𝑥

𝑓(𝑥)=(13)𝑥

Fiz essa manipulação utilizando conhecimentos de potenciação. Implicitamente, a base possui um valor entre 0 e 1, por isso que o gráfico e decrescente.

Relação entre a função exponencial e a função logarítmica

Vale ressaltar que a função exponencial é a função inversa da função logarítmica, portanto, a maioria das características se comportam de maneira inversa, tomemos como exemplo o gráfico, que nunca intersecta o eixo 𝑓(𝑥) e o ponto de intersecção com o eixo 𝑥 será sempre 1, diferentemente da sua “irmã” exponencial.

Exercícios resolvidos de função exponencial

1. Desenhe o gráfico da função 𝑓(𝑥) =𝑒𝑥

 

 

Primeiramente, de onde surgiu esse “𝑒”? Essa letra representa a constante de Euler, que vale aproximadamente 2,718, então, ao substituirmos os valores na função, elevaremos esse número, e como ele é um valor maior que 1, nosso gráfico será crescente.

1)

𝑓(𝑥) =𝑒𝑥

𝑓(1) =𝑒1 2,718

2)

𝑓(𝑥) =𝑒𝑥

𝑓(2) =𝑒2 7,389

3)

𝑓(𝑥) =𝑒𝑥

𝑓(3) =𝑒3 20,085

Criamos então o gráfico da famosa função 𝑒𝑥

2. O crescimento de uma população de bactérias é dado pela função abaixo, onde 𝑄(𝑡) é a quantidade de bactérias e 𝑡 é o tempo em dias.

𝑄(𝑡)=0,5.10𝑡+2

Quantas bactérias haverá após dois dias?

 

Basta substituirmos o número de dias no lugar de 𝑡 na função, para descobrirmos o que a questão pede

𝑄(𝑡)=0,5.10𝑡+2

𝑄(𝑡)=0,5.102+2

𝑄(𝑡)=0,5.104

𝑄(𝑡)=0,5.10000

Multiplicar por 0,5 é a mesma coisa que dividir por 2, ou seja, o resultado da multiplicação de um valor por 0,5 será a metade dele

𝑄(𝑡)=0,5.10000

𝑄(𝑡)=5000

Portanto, passados 2 dias haverá 5000 bactérias.

3. O gráfico abaixo é de qual função?

a)

𝑓(𝑥) =3𝑥

b)

𝑓(𝑥) =2𝑥

c)

𝑓(𝑥) =(14)𝑥

d)

𝑓(𝑥) =(13)𝑥

 

Como o gráfico é decrescente, não pode ser a letra A nem a B, agora nos resta analisar os pontos demarcados no gráfico para definirmos a função que gerou esse gráfico. Podemos substituir os valores de 𝑥 nas funções restantes e verificarmos se os resultados serão os valores correspondentes ao eixo 𝑓(𝑥)

𝑓(𝑥) =(14)𝑥

𝑓(1) =(14)1 =41 =4

𝑓(2) =(14)2 =42 =16

𝑓(3) =(14)3 =43 =64

Opa, já achamos nossa resposta, esse gráfico é da função que está na alternativa C. Outra forma que você poderia matar a questão é ao perceber que os números no eixo 𝑓(𝑥) são potências de 4.

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