Dissertativa 10 - 2ª Fase - Dia 1 - ITA 2027

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Questão 10

Dissertativa
10

Considere a função f : ℝ→ℝ dada por 

 fx=1+cos2x+1-cos2x-senx-cosx.

Determine todos os números inteiros k tais que a equação fx=k possua pelo menos uma solução real x pertencente ao primeiro ou ao terceiro quadrante do círculo trigonométrico.

Resolução:

Substituindo cos2x=2cos2x-1 e cos2x=1-2sen2x:

fx=2cos2x+2sen2x-sen x-cos x

fx=2cos x+2sen x-sen x-cos x

Caso 1: solução no primeiro quadrante.

Tem-se sen x >0 e cos x>0, logo:

fx=2cos x+2sen x-sen x-cos x⇒fx=2-1sen x + cos x

Fazendo sen x + cos x=2 senx+π4:

fx=2-2senx+π4

Como 0+2kπ≤x≤π2+2kπ, tem-se π4+2kπ≤x+π4≤3π4+2kπ.

Portanto, 22≤senx+π4≤1.

Assim:

22<fx2-2≤1⇒2-1≤fx≤2-2⇒0,4≤fx≤0,6

Não há inteiro nesse intervalo.

Caso 2: solução no terceiro quadrante.

Tem-se sen x<0 e cos x<0, logo:

fx=-2cos x-2sen x-sen x - cos x ⇒fx=-2+1sen x + cos x

Novamente, faz-se sen x+cos x=2senx+π4:

fx=-2+2senx+π4

Como π+2kπ≤x≤3π2+2kπ, tem-se 5π4+2kπ≤x+π4≤7π4+2kπ.

Portanto, -1≤sen x+π4≤-22. 

Assim:

-1≤-fx2+2≤-22⇒2+1≤fx≤2+2⇒2,4≤fx≤3,4

A única solução inteira ocorre para fx=3.

Portanto, só há solução para k=3.

10

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