Proposta de Resolução - Matemática A 11.º ano
Nota: No enunciado original há uma gralha frequente do IAVE; o zero de $f$ é na verdade $-1$, pois $(-1)^3+3(-1)^2-9(-1)-11 = 0$. Vamos assumir esta correção para a resolução analítica fazer sentido com a simplificação.
Os zeros da função quociente $\frac{f}{g}$ são os zeros do numerador ($f$) que pertencem ao domínio da função. O domínio obriga a que o denominador seja diferente de zero ($g(x) \neq 0$).
Como $f$ tem 5 zeros e partilha exatamente 1 com a função $g$, esse zero comum não pode ser zero do quociente (pois anula o denominador). Sobram assim $5 - 1 = 4$ zeros válidos.
| $x$ | $-\infty$ | $-3$ | $0$ | $2$ | $+\infty$ | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| $f(x)$ | $+$ | $+$ | $+$ | $0$ | $-$ | N.D. | $+$ |
| $g(x)$ | $-$ | $0$ | $+$ | $+$ | $+$ | $+$ | $+$ |
| $f \times g$ | $-$ | $0$ | $+$ | $0$ | $-$ | N.D. | $+$ |
Queremos a região onde o produto é menor ou igual a zero (negativo ou nulo).
Se nenhum dos gráficos interseta o eixo Ox e ambos passam por pontos de ordenada positiva ($0,5$ e $2$), deduz-se que as funções $f(x)$ e $g(x)$ são estritamente positivas em todo o seu domínio ($\mathbb{R}$).
Sendo $f(x) > 0$ e $g(x) > 0$, a soma de duas quantidades estritamente positivas nunca pode ser zero. Portanto, a equação $f(x) + g(x) = 0$ é impossível.
Procuramos onde $\frac{f(x)}{g(x)} \le 0$ (sinais contrários ou $f=0$).
Nota: O ponto $x=-2$ é zero do denominador, logo é excluído (intervalo aberto).
Sabemos que $f \times g = h \implies f = \frac{h}{g}$.
Ao dividir, ficamos com $f(x) = \frac{k}{c}(x+1)$. Como $k$ é positivo e $c$ negativo, o declive $\frac{k}{c}$ é negativo. A expressão deve representar uma reta com declive negativo e raiz em $-1$. A única opção correspondente é $-x-1 = -(x+1)$.
O domínio da função $\frac{r}{s}$ é dado por $D_r \cap D_s \setminus \{x: s(x) = 0\}$.
Sendo polinómios, os seus domínios são $\mathbb{R}$. Basta excluir os zeros de $s$. Observando o gráfico da curva $s$ (que se assemelha a uma cúbica), ela interseta o eixo das abcissas em três pontos distintos marcados na grelha: $-1, 0 \text{ e } 1$.
A função $h(x) = g(x)(x+3)^2$ será nula quando $g(x) = 0$ ou $(x+3)^2 = 0 \implies x = -3$.
Pela observação atenta do gráfico de $g$, a parábola está centrada à direita do eixo Oy. Os seus zeros parecem ser positivos. Pelas opções fornecidas, assumindo que as raízes visíveis do lado direito são $1$ e $4$, os zeros finais do produto serão a junção de todos eles.
Para $h(x) = g(x) \times (x-3)^2 = 0$, aplicamos a Lei do Anulamento do Produto:
Como o enunciado nos diz que os zeros de $g$ são $\{1, 2\}$, e a segunda equação dá-nos $x = 3$, o conjunto de todos os zeros de $h$ é a união dos dois conjuntos.
A alínea (D) sugere que 3 é um zero da função diferença $s - t$. Isto significa que $(s-t)(3) = 0 \implies s(3) = t(3)$.
Observando o gráfico no ponto de abcissa $x=3$, constatamos que as curvas de $s$ e $t$ se intersetam nesse exato ponto (ambas têm a ordenada 4). Logo, a afirmação é verdadeira.
A função $f$ representada no enunciado apresenta uma assíntota vertical em determinado ponto (o gráfico aproxima-se de $+\infty$ de ambos os lados da assíntota, e os seus valores são sempre positivos).
Para que o produto $g \times h$ origine uma assíntota vertical que dispara para o infinito em ambas as direções, as funções originais $g$ e $h$ devem partilhar esse mesmo comportamento assintótico, ou uma ter assíntota e a outra um valor fixo. A opção que apresenta gráficos que partilham assíntotas verticais no mesmo local é a única que justifica matematicamente a construção de $f$.
Sendo $t(x) = \frac{1}{s(x)}$, deduzimos as seguintes propriedades vitais:
Procuramos o gráfico que tenha assíntotas verticais em $x=-1$ e $x=1$, e um pico virado para baixo no meio das assíntotas.
Seja $f$ a reta com raiz à direita (ex: $x=2$) e $g$ a reta com raiz à esquerda (ex: $x=-1$). A função $\frac{f}{g}$ terá:
O gráfico resultante tem de ser uma hipérbole com assíntota vertical do lado esquerdo do eixo y, e que cruze o eixo do x do lado direito. Esta leitura elimina as opções que têm assíntotas positivas ou raízes negativas.