PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão 41 do ITA 2023
Texto-base das questões 37 a 48 · 1ª fase
Convenções: Considere o sistema de coordenadas cartesiano, a menos que haja indicação contrária.
\mathbb{N} = \{1, 2, 3, \dots\} : denota o conjunto dos números naturais.
\mathbb{R} : denota o conjunto dos números reais.
\mathbb{C} : denota o conjunto dos números complexos.
i : denota a unidade imaginária, i^2 = -1.
M_n(\mathbb{R}) : denota o conjunto das matrizes n \times n de entradas reais.
\overline{AB} : denota o segmento de reta de extremidades nos pontos A e B.
AB : denota a reta que passa pelos pontos A e B.
A\hat{O}B : denota o ângulo formado pelas semi-retas \overrightarrow{OA} e \overrightarrow{OB}, com vértice no ponto O.
m(\overline{AB}) : denota o comprimento do segmento \overline{AB}.
\det A : denota o determinante da matriz A.
Sejam f e g funções reais definidas da seguinte forma: f(x) = 3^{2x} e g(x) = 3^x - 2^x. Considere as afirmações:
I. g(x) \ge 0, para todo x \in \mathbb{R}.
II. f(x) \ge g(x), para todo x \in \mathbb{R}.
III. f(x) + g(x) \ge 0, para todo x \in \mathbb{R}.
É (são) sempre verdadeira(s):
- Aapenas I.
- Bapenas II.
- Capenas III.
- Dtodas.
- Enenhuma.
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Resolução comentada
Vamos testar cada afirmação, lembrando que f(x)=3^{2x}=9^x>0 para todo x.
I. g(x)=3^x-2^x\ge 0 equivale a 3^x\ge 2^x, ou seja, \left(\frac{3}{2}\right)^x\ge 1. Isso só vale para x\ge 0. Para x=-1: g(-1)=\frac13-\frac12=-\frac16<0. Falsa.
II. Precisamos de 9^x\ge 3^x-2^x. Seja t=3^x>0. Então 9^x=t^2 e 2^x>0, logo 3^x-2^x<3^x=t. Basta comparar t^2 com t:
- se t\ge 1 (isto é, x\ge0), t^2\ge t>g(x);
- se t<1 (x<0), t^2<t, e a comparação precisa de cuidado. Teste x=-1: f(-1)=\frac19\approx 0{,}111 e g(-1)=-\frac16<0, então vale. Para x<0, em geral, 3^x<2^x (pois (3/2)^x<1), logo g(x)<0<f(x). Para x\ge0, f(x)\ge 3^x>g(x). Portanto II é verdadeira.
III. f(x)+g(x)=9^x+3^x-2^x. Para x\ge0, g(x)\ge0 e f>0, soma positiva. Para x<0, como 2^x<1 e a soma mostra 9^x+3^x muito pequena para x muito negativo, vamos testar x=-1: \frac19+\frac13-\frac12=\frac{2+6-9}{18}=-\frac1{18}<0. Falsa.
Só a II é sempre verdadeira.
Alternativa B.
Pegadinha: A alternativa C engana quem vê f>0 e supõe que a soma com g seja sempre positiva; em x=-1 ela é negativa.
Por que as outras alternativas estão erradas
- AI é falsa: para x<0, 3^x<2^x e g(x)<0 (ex.: g(-1)=-1/6).
- CIII falha em x=-1, onde f+g=-1/18<0.
- DI e III são falsas, como mostram os contraexemplos com x=-1.
- EII é sempre verdadeira, pois f>0>g para x<0 e f\ge 3^x>g para x\ge0.
Assuntos: função exponencial, desigualdades exponenciais.
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Fonte: ITA 2023 · 1ª fase. Prova oficial ↗