PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 10 do IME 2020

Prova objetiva · Matemática · Matemática: Progressão geométrica

Considere a progressão geométrica a_1, a_2, \cdots, a_n, \cdots e a progressão aritmética b_1, b_2, \cdots, b_n, \cdots com as condições:

a_1 > 0;
^{a_2}/_{a_1} > 1\text{; e}
b_2 - b_1 > 0

Para que [\log_\alpha(a_n) - b_n] não dependa de n, o valor de \alpha deverá ser:

  1. A
    (^{a_2}/_{a_1})^{1/b_2}
  2. B
    (^{a_2}/_{a_1})^{1/b_1}
  3. C
    (^{a_2}/_{a_1})^{1/(b_2 - b_1)}
  4. D
    (^{a_2}/_{a_1})^{1/(b_1 - b_2)}
  5. E
    (^{a_2}/_{a_1})^{1/(b_1 b_2)}
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Resolução comentada

Sejam q = a_2/a_1 > 1 a razão da PG e r = b_2 - b_1 > 0 a razão da PA.

Os termos gerais são:

a_n = a_1 q^{n-1}, \qquad b_n = b_1 + (n-1)r
  1. Aplicando o logaritmo na base \alpha (com \alpha>0, \alpha\neq1):
\log_\alpha(a_n) = \log_\alpha a_1 + (n-1)\log_\alpha q
  1. Calculando a diferença:
\log_\alpha(a_n) - b_n = \log_\alpha a_1 - b_1 + (n-1)\left(\log_\alpha q - r\right)

O primeiro bloco, \log_\alpha a_1 - b_1, é constante. Já o termo (n-1)(\log_\alpha q - r) varia com n, a menos que o fator entre parênteses seja zero.

  1. Impondo a condição de que a expressão não dependa de n:
\log_\alpha q = r \;\Rightarrow\; \alpha^{r} = q \;\Rightarrow\; \alpha = q^{1/r}
  1. Substituindo q e r:
\alpha = \left(\frac{a_2}{a_1}\right)^{1/(b_2-b_1)}

Como q>1 e r>0, temos \alpha>1, que é uma base válida.

Alternativa C.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • Ausa b_2 como expoente, mas a razão da PA é b_2-b_1, não b_2.
  • Busa b_1, o primeiro termo da PA, em vez de sua razão.
  • Dinverte o sinal da razão, usando b_1-b_2<0, o que daria \log_\alpha q=-r.
  • Eusa o produto b_1b_2, que não tem relação com a razão da PA.

Assuntos: Progressão geométrica, Logaritmos e função logarítmica, Progressão aritmética.

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Fonte: IME 2020 · Prova objetiva. Prova oficial ↗